Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Структурно-функциональный анализ и моделирование процессов метаболизма и роста сельскохозяйственных животных в связи с оценкой и прогнозированием их продуктивных качеств

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Структурно-функциональный анализ и моделирование процессов метаболизма и роста сельскохозяйственных животных в связи с оценкой и прогнозированием их продуктивных качеств"

СЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ. БИОХИМИИ И ПИТАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ

ЧЕРЕПАНОВ'ГЕННАДИЙ ГЕОРГИЕВИЧ УДК 636.03:577.112:612.74/7П]:51

СТРУКТУРН0-4>УНКиИ0НАЛЫ(ЫЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ МЕТАБОЛИЗМА И РОСТА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ животных В СВЯЗИ С ОЦЕНКОЙ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕМ ИХ ПРОДУКТИВНЫХ КАЧЕСТВ

03.00.04 - бнохямиа

"3.00.13 - физиология человека и жишлпых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

/

Боровск 19 9.2

Работа выполнена во Всероссийском нлучио-кослвдоватмьокои институт» физиологии, бмхжшж я питания сельскохозяйственных «квотных

Официальные оппоненты:

Подводов И.К. - доктор бволоппесхих наук, профессор Горшков Г.И» - доктор ветеринарных наук, профессор Толокнов В.И. - доктор технических наук, профессор

Ведущее учреждение - Всероссийский институт хивотиоводотва

Защита состоится на заседании специахязированного Совета Д.020.17.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животные.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ивоти«ута Адрес: 249010, г.Боровск, Калужской ойиютя, ВШШБиП с.-х. животных

АвтспгаЬарат разослав » в^р^.Ц 1эд

Ученый секретарь специализированного совета

В.И.ДУДИН

рог.с*лйс;:лк 1 8т-.-л j

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Решение многих актуальных задач а области кормления, технологии содержания л селекции с.-х. жинотных и значительной мере затрудняется из-за недостаточности знаний относительно системных механизмов стадавления продуктивных признаков а процессе индивидуального развития животных. Для научного обоснования и развития технологий животноводства необходима харасте-ристика сложной внутренней структуры первичных продукц::ош!Ых процессов, обуславливащих изменения морфологического и химического состава тела в процессе роста и эксплуатации жшэтных.

• Эмпирический путь а достижении наиболее полной реализации биологического потенциала малоэффективен ввиду многочисленности и сложности взаимодействий биологических факторов, определяидих формирование продуктивных качеств. Поэтому нужен теоретический инструмент для обоснования выбора оптимальных типов продуктивных животных и для количественного прогнозирования прироста индивидуальных тка-н&1 (мышечной, костной, жировой) а ответ на суточное поступление корю определенного состава. Задача прогнозирования продуктивности ставится также в процессе разработки нетрадиционных бпотехнологи-ческих методов регулирования метаболизма и роста чшвотных и создания новых, генетически измененных типов продуктивных животных.

Отправной точкой может служить имеющийся опыт прогнозирования продуктивности по измерениям живой массы, оценкам экстерьера и показателям крови (Смирнов O.K. ,1974, Владимиров В.Л. ,1974, Свечнн ¡O.K.,1984, Макрушин Б.В.,1984 и др.). Одна.! из перспективных направленна в развитии и углублении этих исследований является применение методов структурно-функционального анализа и моделирования, интенсивно развиваемых в последние года в области медико-биологических наук.(Гачок В.П.,1987, Толокнов В.Н.,1987, Новосельцев В.Н., 1978, Лищук В.А., 1991 и др.) ;i в зоотехнии ( Baldwin R.L.e.a., 1980, Giu ы.е.е. ,1984, France J. е.о. ,1987, Di Marco О.Н. е.а., 198Э и др.).

Как показывают теоретические оценки, эффективность использования кормов можно увеличить на 30-50:2 за счет более точного определения потребностей хцютшос в питательных веществах и шкродобав-ках л выведения, животных нужного конституционально-метаболического типа. Для этого необходима теория, характеризующая формирование

продуктивна качеств с учетои морфо-физиологнческих и биохимичес-юа процессов, протекающих а тканях к клеточных системах организма ясивотша.

Повысить эффективность но^чыюс разработок в современных условиях мо:шо путей объединения усилий разных специалистов для создания интегрированных сист8и с использованием методов информацпонно-го и выделительного моделирования, методов компьютерной имитации. С другой стороны, очевидно, что выход на полноценный уровень моделирования иродукциоккюс процессов должен быть подготовлен фундаыек-талыыми исследованиями соответствувдих морфогенетических н цета-болнческих процессов.

Цели и зацата исследований, С учетом вшекзлоаенного целью исследований было обоснование и развитие обяего подхода и методов структурно-функционального анализа применительно к задачам оценка и прогнозирования продуктивности н диагностики состояния обменных процессов у с.-х. хизотных.

В соответствен с обцим направлением работа в ходе ¿«следований были поставлены следувде задачи:

1. Спсте.\'лтизацкя и обобщение имеющегося в мировой науке опыта использования структурно-функционального анализа и исследование принципов его применения для целей биологического обоснования ведения хиаотиово^ства,

2. Разработка концепции и методов оценки количественной да-накики обмена нуклеиновых кислот и белков в скелетных ыьшцах и кх экспериментальное обоснование.

3. Исследование системная механизмов, обуслаатававднх формирование признаков мясной продуктишости крупного рогатого скота

в ходе онтогенеза.

4. Разработка методов ярогнозирования мясной проективности с учетом ключевых фактороэ питания.

5. Teopeт¿íчвcкoe и экспериментальное обоснование кинетического подхода к оцеико состояния обменных процессов а разработка методов тестирования метаболизма у с.-х. животных.

'Научная нопязна работы заключается в обосновании и развитии нового научного направления, включающего структурно-функциональный анализ процессов роста и метаболизма, поиск

•яидарущих звеньев, экспериментальное исследовонсэ ключевых а яшатарущих факторов п построение систешюй шдвлз цродукцн-опного процесса, разработан кокалоко методов я адгоритглоз для пдентяфакацпа ключевых фадстороз роста й ьятаболпзка о целью диагностики состоятся обиенша процессов, создан 111 более гибких и информационно- ¡5шик систем кормления и обоснования выбора перспективных тшоз продактизннх .теотшсс.

Уточнена роль ядерного а цитоплазнатячеоюго компонентов з процессе возрастного увеличения размеров «ионов и нарадавания ¿алечкой пассы. Впервые для крупного рогатого скота установлены возрастное увеличение лилейной концентрации ядер мьоэчыых волокон а взаимосшгзь ядерностя о ростом индивиду альнж иы-нечннх волокон в поперечника.Трансляционная активность мышечной ткани в постнаталышй период развитая лоддержизается на неизменном уровне. Постепенное снижение о возрастои тейпов отлога нет белков в шяцах обусловлено выравнивание:.! абсолютных величин сушарной белоксинтезирупцей способности, зависящей от численности ядер а общего пула функцконирущгос рибосом, и общего катаболнзиа белков шшц.

Предлохена" новая концепция роста заветных, основанная на представления о лидирующей функции наращивания кассы мышц и учитывающая закономерности соподчинения и юрреляцни в процеосо роста костей скелета и других составляющих тела гивотного. Исходя из этих представлений разработана иштациониш; модель роста крупного рогатого скота я ыетод прогнозирования мясной продукт явности.

Предиожен общий подход к конструировании физиологических индексов для оценки величины метаболических потоков по данным кратковременных функциональных нагрузок, основанный на выявлении кинетических инвариантов с последупда построением кинетической модели ы алгоритмов идентификации потоков. Изучены скоте шшо закономерности регуляции уровня кальция э крови в связи о изменениями минеральной насыщенности скелета. Предком ни тесты.доя оценки обдана гх-окозы и мочевины у гэачных. Разработаны алгоритма дгл оценка рит..;икл синтеза балков яйца у кур-несушек на протяжения оауляторного цикла.

Действущие в настоящее время системы обоснования кориле-

нпя с.-х. животных, основанные на иаюлъзованяи регрессионных соотношений для исчисления компонентов затрат энергии и питательных веществ на уровне организма, можно в значительной оте-пенп обогатить и расширить путём разработки агрегированных моделей продукционных процессов о целью проведения многоаспектного био-экономического анализа, индивидуализации кормления к повышения точности прогноза . Предложена концепция создания информационно-экспертной системы "Геном-клетка-ткань- продуктивность" и доказана её работоспособность на примере имитационного моделирования роста бычков.

Практическая ценность. В ходе исследования системных механизмов формирования мясной п рода ктивнооти выявлены клотевыа факторы, доказана малая информативность данных по концентрации нуклеиновых кислот в мышцах и предложены методы количественной оценки обмена нуклеиновых кислот и белков в скелвтномшвчной ткани в процессе роста, нэ требупцие применения изотопной метки. Большая трудоёмкость и стоимость проведения радиоизотопных исследований практически исключает возможность получения таких дай&ос на крупных с.-х. животных в нужном объёма. Обоснован комплексный подход, включахщий применение гистологических, морфометрических , биохимических методов в сочетании с анализом кинетики процессов и компьютерным моделированием.

Разработаны программы для персонального компьютера типа Ш РС для проведения био-экономического анализа процессов роста крупного рогатого скота с учётом эффективности конверсии корма- в продукцию за весь технологический, цикл а для прогнозирования хозяйственного эффекта при отборе животных с различным конституционально-метаболическим статусом.

Разработанные алгоритмы количественной оценки динамики синтеза белков в яйцеводе кур-несушек и полученные с юс помощью данные бшш исгользованы в исследованиях по разработке технологии дифференцированного кормления кур-несушек , ■ проведенных к.б.и. В.Г.Шевченко.

Предложены усовершенствованные методы экспресс-диагностики деминерализации скелета и системных нарушений гомеостаза кальция у жвачных животных. Разработаны алгоритмы для оценки параметров обмена кальция, которые ранее оценивались лила о помощью

радиоактивных изотопов. Прадаовдн общий шдход к оценке состояния ыетабо,йма , включающий построение кинетической модели переходного процесса,адаптацию её в остром опыте с последующим применением для анализа данных функционального обслэдоьания продуктивных животных. Метод апробирован на примера обмана глюкозы и мочевины у жвачных.

Научные данные, подученные о исшльзованизм предяогэнных подходов и методов, была использованы при разработке практических рекомендаций по минеральному питанию жвачных, по аминокислотному питанию с.-х. животных, по даЭДзрэнцировшшому коршо-нлю кур-несушек, подготовленных во ВШШБиП с.-х. :шотных в период 1975- 1990 гг.

Апробация работы. Материалы исследований обсуждены на заседаниях учёного совета ВНИИ5БиЦ с.-х. животных в 1979-1981, 1987-1989 гг, на 5-м Всесоюзном биохимическом съезде (Алма-Ата, 1985), на 3-й ков$еренцш "Актуальные вопросы обмена веществ" (Вильнюс,1987), на Всесоюзной конференции "Физиология продуктивных животных -решению Продовольственной программы СССР" (Тарту. 1989), на совместном сештаре института кибзрнегаки АН УССР и головных НЖ по проблема электронизации сельского хозяйства (Каев,1988), на Всесоюзной конкуренции "Измерительная а вычислительная техника в упрлалении производственными процессам в АПК" (Ленинград, 1988), на научно-практической конференции "Новые приложения морфометрш я математическое моделирование в ледико-<5иологическах исследованиях" (Харьков,1990), на Международной конференции "Биологические основы высокой продукт ¿юности сельскохозяйственных животных "(Боровск, 1930).

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения,трёх глав, выводов,предлолзний,списка литературы и приложений. Диссертация изложена на страницах машинописи, в том числе 83 рисунка,21 таблица.Библиографпя-420 библ. названий, в том числе 322 на иностранных языках, приложения на стр.

В результате проведенных исследований, изложенных в диссертации, разработаны и выносятся на защиту основные положения:

1.Системная концепция взаимодействия основных ядерных и цитоплазматичвских факторов в процессе роста скелетных мышц.

2.Метода и алгоритмы количественной оцен иг структурно-

метаболических факторов, опраделящих темпы роота скола тных мышц.

3.Имитационная юдоль роста бычков дт прогнозирования морфологического и химического состава тела и проведения биоэкономического анализа.

4.Теория и метода тестирования состояния обменных процессов и ьэтаболическгас потоков у с.-х. животных.

5.Метод многовариантного анализа в обоснования потребностей животных в питательных веществах и энергии на основе ю:пользования имитационного моделирования первичных продукционных процессов.

Объекты и метода исследований. При изучении коллчастланной динамики нуклеиновых кислот в ската тных ыыицах были ксгояьго-вшш данные оштов, проведенных на 34 бычках чёрно-пёстрой, сишентальской и шортгорнской пород в возрасте от рождения да 16 мес. .содержавшихся па сбалансированных рационах,обеспечива-ицих среднесуточный прирост айвой массы 800-1000 г. Образцы мышечной ткали (длиннейший одскул спины, четырёхглавый бодра и трёхглавый плеча) подучалп методом биопсии и при ¡гбоо етвотных. Содержание ДНК оценивали путём подсчёта ядер на тастосрезах о использованием стереологичеокого анализа, предполагая содержание ДНК з диплоидном ядра равный 6,2 пг.Диссоцяацив мышечных волокон проводили щелочным методом по Белову и др.(1975)-РЖ к белок в образцах мыец определяли биохимическими методами. Участие автора в экспериментах- обоснование направления поиска, проведение операций по биопсии, анализ ядерности мышечных волокон (препараты подготовлены в лаборатории морфологии,зав. к.вет.н. Манухина А.И.) и диссоциация мышечных волокон. Для оценки динамических параметров синтеза и распада тотальных РНК и белка мышц разработан метод идентификации по данным накопления ИИ,ДНК и белка в органе в процессе роста. В контрольном опыте полученные данные сравнивали с результатами радиоизотопного определения. Для уточнения светооптических данных по численности ядер и динамике синтеза макромолекул был проведен контрольный анализ с элекгронно-ммкроскопической идентификацией и оценкой транскрипционной активности ядер мышечных волокон. Цитологические исследования проведены Манухиной А.И. .Маткшшой Т.Г. При разработке концепции и модели формирования мясной про-

о

дуктивности были использованы данные, полученные Шэзченга H.A. (РНК, белок)»Алфамцеодм H.A. (опыт на телятах иортгорнской породы) и Тгааеашл ü.M. (опыт с %-лейшшом).

ИсследоЕшглл по изучению гомеостаза кальция и его связи с минеральной насвденносгаэ скелета у явачннх проведаны в серии опытов с обдам количеством обследованных зшзотных Ü0 коров и 120 овец. При проведении функциональных нагрузок солями кальция и ЭДТА общий кальций в плазме крови определяли методом фотометрического титрования по Уилкинсону, плотность костяка у коров оценивали с поиэщьв устройства для фотонной абсорбциометрии (Черепанов и др. авт.св. JíiS 635834, 8П523).Ддя прон&рки предложенного метода оцепи? потоков кальция в организме был проведен контрольный опыт на взрослых овцах с исшльзоданизм 4jCa по Aubert,Bronner (1965). В проведении анализов принимали участие Ц.С.Долгова и Филиппов В.В. ( зав. лаб. профессор А.А.Пташош).

При разработке теории и методов тестирования метаболических потоков были использованы данные опытов, проаедашшх на коровах, овцах и телятах. Участив автора в эксперимонтах-планирпаа-нае схемы опыта, организация проведения и анализ денных. Использованы данные А.Ы.Материкина (мочевина).Щёголева С.Я.,Овчарен-ко Э.В.(глюкоза). В исследованиях, проведенных на курах-несушках и цыплятах , использованные методы и алгоритмы основаны на данных В.Г.Иевченко и В.М.Газдарова.

Исследования по разработке методов структурно-функционального анализа,созданию концепций, моделей и алгоритмов проведем с использованием современных методов дакшичаской биохимии и биологической кинатики.Для решения систем дафференцналыпос уравнений использовали метод Рунге-Кутта .Программ составлены для персональных компьютеров типа 1Ш PC XT/AT, язык программирования БЕЙСИК.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

I. Структурно-функциональны!! анализ фор.\игронания признаком мясной проективности в онтогенезе

I.I Исследование взаимодействия ядерных и циголлаэматичес ких факторов а процессе роста скелетных мышц

В период от рождения до 16-месячного возраста концентрация РНК в скелетных мышцах подопытных бычков снижалась от 360 до

160 иг%, наиболее интенсивно в период до 6-месячного возраста. По концентрации РНК,ДНК и белка исследованные ышш (длиннейшая спины,трехглавая плеча и четырёхглавая бедра) существенно не различались, достоверного межпородного различия по концентрации нуклеиновых кислот в мышцах не установлено, хотя в условиях опыта бычки симментальской породы росли с большей скоростью : в период 8-16 мес прирост общей маосы мякоти в туше у бычков чёрно-пёстрой и симментальской породы составлял в среднем 70 и 115 кг, соответственно ( Р< 0,01).

При анализе гистосрезов было шявлено отчётливо выраженное сшг.;анио числа ядер на I ма^ поперечного среза мышц и увелпченш д/отш большой оси продольного среза ядер мышечных волокон ири отсутствии заметных различай мезду породами и исследованными • мыедомн. По даннь:л стереологичеокого анализа среднее число ядер на единицу длины мышечного волокна имело тенденцию к увеличению с лоэрцогом , в особенности а ранний период роста. .Эти данные били подтварздены .исследованиями, проведенными с изпользованием алестройной цикросколяи и методики щелочной диссоциации мышечных волокон. Тремя независимыми методами было установлено возрастное увеличение линейной концентрации ядер мышечных волокон (среднего числа ядер на I vu длины милечногс- волокна).Этот феномен,по-а;:дх\мму, может кшть значение, аналогичное той роли, которую играат г.аленца полиплоида а с&ашх клетках, поэтому он мохет быть причиной поэышния суммарной мощности Оелоксинтезидлсцей системы, опроделяэдей iа:ш поперечного роста млонов. В пользу такого продполо&с'/шя свидетельствует обнад/яеняа полотсительной корреляции мезду линейной концентрацией ядер и диамехром индивидуальных мышечных волокон на препаратах диссоциированной ткани ( г = 0,50- 0,70, Р < 0,05).

Отсутствие межпородных различий по концентрации нуклеиновых кислот в мышцах , выявленная корреляция мезду числом ядер на единицу длины и диаметром мышечных волокон, с одной стороны, и существенные различия по интенсивности роста мускулов у животных исследованных породных групп, о другой, поэволямЛфедположить, что причину вышеуказанного межнорэдного различия следует искать на уровне динамических характеристик обмена нуклеиновых к/слот и белков мышц ( рис. I).Дпд идентификации этих параметров был

разработан общий метод, который в общих чертах состоит в следующей.

Обозначения: Р , Н , D -содержание белка.рРНК.ДНК, соответственно, в органе (мускуле); кр и кг -константы распада белка и рРНК,соответственно, сут-*; аг -"активность" рРНК, г белка/r рРНК сутки; ad- "активность" ДНК, г PiiK/r ;Ж сутки; t - время, сутки. Балансовые уравнения для R и Р . в процессе роста в "минимальной" кинетической модели кокно представить в вида:

R/R » а, D/R - к

d Г (I)

Р/Р в аг R/P - кр

При условии постоянства параметров &d , кг, аг , кр соотношения (I) представляют собой уравнения прямой линия типа у а а + вх, где у= относительная скорость увеличения количества рРНК (белка) в органе , х = отношение ДНК/рРНК (рРНК/белок), а « - кг (-к ) и в в ad ( аг ) . Для оценки параметров синтеза и распада макромолекул исюльзовали данные по возрастной динамике содержания ДНК,РНК и белка в целом адскуле, полученные при убое животных разного возраста. Поскольку вклад рРНК в общей фракции РНК составляет Дг 85$, использование данных по РНК вместо рРНК допустимо без большой ошибки в конечных результата«.

При выводе соотношений (I) учитывал;: известные лапше о лимитировании процессов роста мъшц таю»,и факторами, как количество ядер, число рибосом на геном, стабильность рибосом д структурных белков И др. ( Alberghine, 1975, Burlei (:];, 1980). С учётом результатов изучения трансляции природных :лРН1<. скорость белкового синтеза представлена в виде двух сомножителей - концентрации всех рибосом системы и удельной скорости прочтения мРШЦ" активности" РНК)(Потапов,Ктьская,1986). При описании процессов деградации макромолекул учитывали лишь кошсно;1т, пропорциональный общему содержанию их в ткани, т.е. на пр::н;г/.ати во внимание малые, быстрообмениващияся пул* с аномал/чо высокими значениями констант деградации.

Для. проверки адекватности модели использовали данные опк-гов, продленных т лабораторных животных и птице, в которых

Рис. I Схема взаимодействия основных структурно-ыетаболичэских факторов в процессе роста скелетных мшдц.Светлыми стрелками обозначено влияние уровня питания.

регистрировалась динамика накопления в мышцах белка, РНК и.ДНК и параллельно проводились исследования с применением изотопной метки ( Batев,Mi1lward, 1981, Кппд et.nl. ,1985). Как следует из данных, приведенных в таблице I, параметры сиите:"! и распада белков, найденные по соотношении (I) с учетом о*:сггерн-монтальной ошибки практически совпадают с соответстоунлпми величинами, полученными в тех же условиях опыта с помощью радиоизотопного метода.

Для оценки "активности" РНК (г белка/г РНК сутки) и относительной скорости распада белков шшц (сутки""*) у подопытных бычков использовали данные по динамике накопления тотальной РНК й белка в индивидуальных мышцах и всей шкоти туши. Линейная зависимость относительной скорости накопления белка в органа от величины РНК/белок указывает на постоянство параметров аг и кр на большей части исследованного периода роста, за исключением раннего постнатального периода. По аналогичной методике определяла численные значения параметров "активности" ДНК ( ad , г РНК/г ДНК сутки) и относительной скорости распада РНК ( кг , сутки"*), т.е. по графику зависимости относительной скорости увеличения общего количества РНК в органе (сутки"*) от величины ДНК/РНК для мышц у животных разного возраста. Полученные с помощью данного метода цифровые данные выявили заметные межпородные ра'з-лдчия по динамическим параметрам синтеза белков шшц, "активности" ДНК, относительной скорости распада РНК и белков мышц (таблица 2).

Если принятВ во внимание данные ряда исследогателей, указывающие на отсутствие возрастных изменений "активности" П1Г. в скелетных мышцах у лабораторных животных и птицы (MecDonaid.Sv.-ick:

Swick , 1981, Lewie et.o3. , 1984, Rang et.al. . 1985), то отклонения от прямой, которые выявляются на графиках з;^кси-мости Р/Р - РНК/белок в ранний постнатаяьннй период роста бычков, моото объяснить спадом относительной скорости деградащш белков мышц.

Таким образом, данные кинетического анализа указывали на то, что относительная скорость деградации белков мышц стабилизируется, начиная с 4-5 месячного возраста. В последующем эти данные были

Тайипща I

Параметры синтеза и ргспана белков в поперечнополосат ей мышечной ткали, оцененные ло динамике накопления ЕНК п белка в процессе роста и с приианенгэи радиоизогопной метки

ВИД Возраст 1ЙПЩ ,м 1........ ■ - 1 Распад т ! г Синтез я г белка 1 !

Еотенх . дни I Р г г РНК сут ! Источник

1 1 по диначл-| кэ роста с меткой "1 ! » по динамике роста с каткой ! I

Крисы 100-320 мышцы кс~ • кзчностп 0,038 0,04 9,5 11,0 Bateo, Ш.11ггаг<1, 1981

Индшата 25-56 шшцц ео- нечкостп 0,074 0,10 И.1 14,0 Капа е-и а1., 1985

Индрпата трудна«! мышца 0,037 0,080 15,9 15,0

Цшьтята 7-42 грудная мышца 0,030 - 10,0 — _

Цыплята шшцн конечности 0,031 - 13,74 16,8

Табцщца 2

Параметры синтеза и распада белков и РШС ьыпц, оцененкыэ для трах цусвзлоз а да всей кыгечкой иассн по дпнашпса накопленга балка и РНК в шгцах бшаса

МЬШЩ

СЕкмаатальокая порода ) Черно-пестрая порода

к С. а к •к а, а к

г й г р 1 г й г р

4-

_1 г ГьК г белка 1 г РНК Г бедка

сут г ¿ал сут г РНК гут сут { сут г ,ДНК сут г РНК сут 037

ЧетцрехглавкЗ 0,01? 0,031 22,2 0,048 0,003 0,006 4,В 0,007 и

ТрагигавцЗ: - 21,о 0,047 - - 6,4 0,0П

Дгкнне&иа сданы 0.009 0.033 16,2 0,037 0,004 0,009 5,5 0,007

вея ягоаи (Щ2Д . 20,С 0,042 12,5 0,022

подтверждены в исследованиях, проведенных к.б.н. Тюпаэвыы И.Ы. на бычках черно-пестрой порода разного возраста о измерением суточной экскреции 3-мстилгистидана и креатинина с мочой, В этих исследованиях было установлено отсутствие заметных изменений параметра ar на фоне снижения относительной скорости деградации белков мышц в перше 4-6 месяцев жизни с последующим выходом на уровень плато. Отсутствие возрастных изменений трансляционной активности РНК полисом мышечной ткани бычков было в последу идем показано также в опытах, проведенных in vitro в бесклеточной системе из ретикулоцитов кролика ( Алфиыцева, 1У39).

Заявление ключевых факторов в наращивании массы мышц и рассмотрение феноменов роста и развития скелэтномышечной ткани как систеш взаимосвязанных и развивающихся во времени морфо-генетических и метаболических процессов обуславливает необходимость построения системной модели роста о последующим анализом' ее на ЭЛ.

1.2 Имитационное моделирование роста л формирования состава тела крупного рогатого скота в ходе онтогенеза

Основной блок разработанной системной модели роста бычков включал в себя описание роста "эталонной" ышлда с коэффициентом алло.м&тричясного роста, равной .единице, и усредненными струк-турцо-мзтаболичесюии параметрами, установленными в эксперименте. Прогнозируемая масса "эталонной" мышцы, умноженная на некоторую постоянную величину, определяет массу мякоти в туше, В свою очередь темп наращ^ван-.ш массы "эталонной" мышцы определяется характером функциональных связей в структурной схыь, принятой для описания процесса { рпо.1), а такяе конкретной формой зависимости параметров и переменных от факторов внутренней и внешней среда. 3 качестве характеристики уровня питания, которая в период интенсивного роста мало зависит от изменений хиной массы бычков, использовали безразмерный показатель

q s к/Е - 1 , где Е - обменная энергия, Е0 - потребность в обыонноН энергии на поддержание жизни.

При описании процессов роота мышц в соответствии со схемой, приведенной на рисунке I, использовали следующие обобщенные показатели: интенсивность транскрипция участков ДНК, кодирующих рРНК; специфическую активность синтеза белков, связанную о удельной скоростью прочтения мРНК, а также с процесс ми иост-Трансляционной модификации белков; скорость относительной деградации белков и рРНК мышц; чиоленность ядер мышечных волокон; размеры пула рРНК; линейная концентрация ядер мышечных волокон я другие характеристики. С учетом результатов собственных исследований и на ооновэ обобщения данных других авторов было принято, что линейная концентрация ядер мышечных волокон ( п ,см) увеличивается о возрастом а зависит от уровня питания Q по соотношению: # _5 ^

а ■ 1,7« 10 — (пав-п) Ii (2)

1 + QJ

где Поо - линейная концентрация ядер у зрелого животного. Таким образом, бшго принято, что рост мышечных волокон в поперечнике определяется величиной соотношения меаду скоростью синтеза и скорость!) распада белков мышц, а независимый процесс удлинения мышечных волокон определяется ростом костей скелета в длину* Для прогнозирования роста мышц в длину изпользовали дан-^е по динамике продольного роста костей периферического и осевого скелета (¡Один и др., 1985, Hopkins, Tuiioh f 1935, Säger ., 1982).

При описания динамики увеличения массы скелета исходили из того, что средний поперечник костей скелета зависит от мышечной массы в силу гффекта "механостата" ( proot , 1987). Знание, .даамики наращивания массы мышц о учитсм линейного роста окелзта посголяет оценить прогнозируемый рост общей массы скелета. Живую массу, массу пустого тела (без содержимого ,ЖТ), параметры энергетического обмена оценивали о помощью уравнений регрессии по результатам собственных исследований и по литературным данным (Томмэ, 1951, Гуткин, 1989, Заболотно.ч; 198?, Pioper et.öl.,, 1984). Относительное содержание жира в пустей массе тела в зависимости от возраста и уровня питания описывали по экспериментальным данным Pieper et. ai. (1984) уравнением:

f о 9,67-10"5Q • f (40 - f); f(0) - 3 O)

1С

Взаимосвязи между содержанием жира в теле, массой жировых депо и отделяемым жиром туши описывали аллометрическимх уравнениями.

Для проверки адекватности модели использовали данные по обвалке-препарированию туш бычков, подученные ь опытах, проведенных в период от рождения до 16-меоячного возраста, а также данные по химическому составу тела бычков черно-пестрой породи при разном уровне питания ( Heper et. al. , 1984). Было отмечено удовлетворительное совпадение прогнозных оценок в опытных данных в исследованный период роста, йрогнозидеемая динамика увеличения массы ишц в живой массы бычков воспроизводив характерна "прошб" ростовых крмых в рашшй достнатальный период, интенсификацию роста при переводе на более высокий уровень питания и интенсификацию жироотложения на стадии откорма. Кроме того, воспроизводилась типичная динамика концентрации РНК, ДНК в мышечной ткани.

Анализ чуветвитальностн основного хозяйстве нно-ценного признака - массы мышц в убойном возрасте (М) к варьированию различных интерьерных параметров ( ) выявил следующую очередность в отношении силы ваияния исследованных параметров на . этот конечный продуктивный признак: ( MAI /k^/J^): число ядер на единицу длины мшечного волокна - число шшечных волокон - линейный размер скелета - базальный уровень активности образования рРНК и активности функционирования рибосом (фоновый уровень активности синтеза сверх компоненты, отполируемой повышенным уровнем питания) и т.д. Описанная методик проведения вычислительного эксперимента дозволяет отдифференцировать а количественно оценить отдельные эффекты в процессе формирования массы шщ у растущих животных« Так, судя по имевшимся опытным данным и результатам компьютерного моделирования, при шсоком уровне питания до 50^ прироста массы мышц может быть обусловлено возрастным увеличением линейной концентрации ядер шшечных воло!сон. Ряд косвенных данных также указывает на то, что процесс мультипликации ядер мионов может быть объектом

пряшго рогуляторного воздействия о последу щей интенсификацией цитоплазматкческого роста.

1.3 Апробация возможности применения имитационной модели роста бычков для проведения многовариант-кого био-экономического анализа

На основе использования вычислительной модели, прогнозирующей морфологический и химический состав тела бычков, в будущем возможно создание системы для проведения многоаспектного био-экономического анализа технологий выращивания и откорма скота. Апро- • бацшэ макета такой системы проводили по данным измерений обменной энергии, энергии продукция и теплопродукции у бычков (Агафонов, Надальяк, 1979, Агафонов, 1989) (Таблица 3). Анализ эффективности технологии проводили по методика вычислительного эксперимента путем варьирования параметров, характеризующих технологические условия (температура и влажность воздуха, способ содержания, уровень цен на корма и разные вида продукции, уровень кормления по периодам и т.д.) и породные особенности (масса или габариты тела зрелого животного, скороспелость, омускуленность и др.) с последующим выбором наилучшего варианта по заданному критерию эффективности всего технологического цикла. Таким образом с помощью модели можно прогнозировать целесообразные сроки убоя и показатели, характеризующие эффективность конверсии питательных веществ корма в компоненты продукции с учетом затрат за весь технологический цикл от рождения до убоя животных. В проведенных вычислительных экспериментах выявлена неоднозначность показателей биологической эффективности продуктивных процессов и критериев оценки кормления для разных производственно-экономических ситуаций и породных типов животных. В частнооти, данные моделирования позволяют предположить, что технологии, ориентированные на достижение максимально высоких среднесуточных приростов >лшой массы в определенных ситуациях могут быть выгодными (в локальном смысле), тогда как их тиражирование может привести к усугублению общего дефицита концкормов на макроуровне (например, в масштабах страны). Данные по оптимизации интенсивности выращивания и откорма скота апробированы на материала научно-производственного опыта, проведенного на обцем коголовьэ 700 голов в совхозе "Воронежский" Владимирской обл.(Агафонов,1990).

■ '" Таблица 3

Проварка адекватности модели роста бычков по потребности в

оОмэекой энергаи дгя молодняка крупного рогатого скоха (МДж)

Живая Суточный прирост живой массы, г

кг 500 ! 700 ! 800 ! 1000 ! П00 ! 1300

100 24,1 24,54 480 III £5,3 26,22 660 П*€ 28,8 28,3 650 107,7 30,3 28,75 950 95 31,9 34,30 1070 123

200 38,1 38,72 510 200 41,6 41,06 760 197,3 46,8 46,98 990 210 49,2 49,52 П60 208 54,8 55,80 1380 203

300 52,5 53.90 520 294 58,7 57,0 790 291,8 64,4 63,52 1020 301- 67,8 64,00 ПЗО 295,-6 75,4 77,45 1290 337

400 72,5 75,10 680 404 83,5 83,8 1130 385- 97,7 97,40 1350 405

500 86,4 91,30 430 509 92,8 94,81 720 488 97,0 99,6 780 50^ 107,2 ЮЭ,3 960 510

Верхнее аначения - вкспвриментаяьно установленные нормы потребности в ОЭ (отчет ШИИГОкП

1931-1965 гг, 2.К, с.896).

Нижние значения - прогноз по модели дхя разной интенсоности питании. Верхний индекс -расчетные значения суточного прироста, нижний индекс — расчетные значания живо! массы.

2. Теоретическое обоснование и разработка методов тестирования метаболизма

2,1 Гомеостатичеекая регуляция обмена кальция в связи о состоянием минерализации скелета у жвачных

Концентрация кальция в крови у животных поддерживается на относительно поотоянном уровне за очет мобилизация внутреннего депо кальция а скелете. С целы) разработки эколреосного тоста ' дм выявления скрытых форм минеральной недостаточности был использован метод кратковременных функциональных нагрузок- однократное внутривенное введение содей кальция или ин^зия ЭДТА о постоянной окороотыо на протяжении нескольких часоз с измерением а динамике общего титрующегося Са в плазме крови (комплексо-нометрический метод по Уилкинсону). В серии опытов, проведенных на овцах, было обнаружено, что при дефиците Са я Р а рационе значения константы выведения Са из крови увеличиваются (Р < 0,05), что свидетельствовало о возможном диагностическом применении тес та, при втоы наблюдалась обратная корреляция между константой рн-ведешя Са (час~^) и минеральной насыщенностью скелета (содержанием Са в сухом веществе кости) (Р<0,01).

Через 40 дней поолв перевода подопытных овец на йезкадьциь-вий м синтетический рацион наблюдалось увеличение конотанты ш-ведения Са л 2,5.раэа (с 0,59 до 1,4 чао"*, Р<0,05) и уменьшение величины отрицательного инкремента концентрации общего Са в плазме крови при инфузия ЭДТА (Р <0,05). После перевода на обычный рацион наблюдалась тенденция к возвращению показателей функциональных нагрузок к исходному уровню. .

Меньшую степень снижения концентрации Са при инфузии ЭДТА у овец, получавших Са-дефицитный рацион, можно объяснить более интенсивной мобилизацией Са из скелета, опосредуемой ПТГ, в ответ на стандартный гипокальцкемический стимул (повышение эффективности действия гормона). Эта закономерность, сопровождающаяся параллельным увеличением скорости выведения Са из крови после внутривенной нагрузки, отмечалась и в последующих сериях опытов, проведенных на коровах.

В опытах, проведенных а ОШС "Брмоляно" на восьми коровах холмогорской породи о удоем 4200-6500 л были проведены повторные исследования за 2 месяца до отела в спустя 2-3 месяца после отела о использованием фующионалышх нагрузок, анализа крови я прижизненного определения степени минерализации скелет. При наступлении лактация отмечало» существенное повышение константы выведения Са из крови, монотонное, в течение 3-х месяцев, снижение степени минерализации хвостовых позвонков к уменьшение амплитуда снижения общего титрующегося Са в крови при введения о постоянной скоростью 8ДТА (Р < 0,06); при этом концентрация общего Са в крови до нагрузки существенно ве изменялась при ксследовании в разные сроки эксперимента.

В опытах, проведенных в ОШС "Ермолино" на 22 коровах В зимне-стойловый период.было проведено сопоставление данных по минерализации скелета о содержанием общего Са в крови ж константой выведения Са из крови у одних я тех же животных. Была выявлена обратная корреляция между минерализацией скелета я показателе^ функциональной нагрузки (г • 0,76, Р<0,001) яря отсутствии Достоверной связч Между уровнем общего Са в «фови я минерализацией окелета,

В исследованиях, проведенных в трех хозяйствах о использованием прибора для прижизненной оценка степени минеральной насыщенности скелета, были выявлены различая по характеру гистограмм распределения обследованных животних в зависимости от плбтностя костяка, при етом была выявлена тенденция к снижают плотности (степени минерализация) кости при увеличении продуктишостн дойных коров. В пределах каждого из обследованных стад наблюдалась широкая межиндивидуальная изменчивость по признаку минерализации скелета, .•

Принимая во внимание выявленную в эксперименте корреляцию между показателем функциональной нагрузки я состоянием минерального обмена у овец и коров, плохую диагностически ценность определения концентрации Са в крови и болыфВ частоту нарушений обмена Са у высокопродуктивных дойных коров (остеомаляция, послеродовой парез и др.) была поставлена задача провести теоретический анализ системных аспектов обмена Са .

Проанализированная наш»'минимальная сштемная модель эмочала s себя основные регулируеша потоке Са а организме хшотных, Ннтенсшность отдельных составлягщих потоков Са била представлена в виде пролзвеДания параметра и линейной фикции от концентрации Са. Предполагалось, что численные значения параметров определяется совокушюстью нервные я гуморалиых факторов, определяющих постоянный "фон" опыта. В этих условиях дднамику общего Са плазмы крови можно описать систэмой уравнений;

|(t) - -k1(o(t) - H, ) + P(t) + kj o(t) (4)

Ht) - a^Hj, -o(t)) - 83 P(t) где с - концентрация общего Са в плазме кров«, и?*, Р - концентрация ЛТГ CiEE/IOO ил), к,, к2 , в, , rig , Bt , й2 -параметры, - 'баланс меаду поступлением Са и выведением его о молоком.

Анализ поведения системной модели в ситуациях, шдитнрущих состояние недостаточности кальция у жвачных о учетом подученных экспериментальных данных позволил сформулировать слодующие основные теоретически» положения:

I, Имеацаеся ;1аннне опытов и анализ репения ¿рдадп .юдсказы-Еают, что в данной системе должны быть, по-шньаей мэра, два контур регулирования - гормональный и метаболический (метаболизм скелета, определяадий эффективность его буферной функции). Участие ПИ' а голюстазв Са ограничивается индексом рагуляторной способности скелета h так, что а начале действия шюкальцкечичзского стимула стационарная ковденттрадая Са в зфовн устанавливается о первоючааьиш значением велгшны ь , а в далшв&ем происходят адаптивные перестройки метаболизма скелета, изшнлад.ы значаииа h a и уровень' Са в кронп юзвращается к норме на фона

цзыензшюк карт.пш метаболических потоков,

h - kg а, (5)

где к2 численно равен поступлении Са из околота в единицу времени (мг^/час) при концентрации ПТГ в крови, равной I ¡И/100 m, n, - коэффициент, характеризуют^ крутизну зависимости скорости секреют ПТГ от величины ( н?- о ), где пг - порог секреции ПТГ. Численное значение h для конкретных условий мовдо найтй

расчетным путем по данным функциональных проб и определения баланса Са а организме. Эффективность метаболического контур« управления характеризуется показателем * , который, по-видимому, близок по величине р показателю выведения Са из крови с поправкой на обмен в мягких тканях. При неблагоприятном сочетании параметров к1 и ь начало выведения Са о молоком сопровождается риском развития сильной гипокальпиемии (послеродовой парез).

2. Экспериментально определяемый показатель выведения Са из крови количественно связан с величиной однонаправленного потока Са в скелет в исходном состоянии (до нагрузки) по соотношение:

■ к*(о -7 ).1,4 .24 (г/сутки) (6)

где к* „(к _ ко ) ~ концентрация общего Са в плазме крови,

п - хивая масса, кг, к - константа выведения Са из крови, чао-*, к0 ~ поправка на поглощение Са мягкими тканяш, час"*.

Поскольку соотношение (6) допускает возмояность опытной прочерки, был проведен опыт на 4-х овцах в возрасте 8 мес., которым была проведена внутривенная нагрузка глюконатом кальция, а чораа^йесколько часов "фи введен внутривенно 45 Са с последующим анализом удельной активности Са в крови, в кале и проведением балаяоа Са (для оцэнки эндогенных потерь Са). По данным измерений был рассчитан "общий обменный фонд кальция" ( АчЪвг*, Вгоппег % 1965) и величина однонаправленного потока Са в скелет ( * 1,65 г/сут). Расчет потока по соотношению (6) дает аналогичное значение То «¡1,67 г/сутки (поправка на обмен в мягких тканях, равная 0,25 час"*, оценена по. нижней границе значений константы выведения Са, полученных на большом поголовье обследованных овец).

Таким образом, на основании полученных данных можно заключить, что повышенные значения константы швадения Са из крови количественно отражают компенсаторное увеличение скорости однонаправленного потока Са в скелет на фоне повышенной его резорб- • шш. Каузальная связь меаду указанными'Сдвигами в процессах аккреции и резорбции кости, по-видимому, опосредована изменениями пролиферативной и функциональной активности клеточных сиотем костной.ткани ( Ггоо* , 19бЗ,ТЬешрвов , 1975). Выявленные системные закономерности я теоретические положения, объясняющие

действие механизмов регуляция обмана кальция у продуктивных животных, были использованы при совершенствовании лабораторных и инструментальных способов диагностики состояния минерального оо-иена у сельскохозяйственных животных.

2.2 Динамические тесты для оценки скорости образования и расходования метаболитов в организме авачшх жинэгных

Динамический тест с внутривенным введением раствора глюко-аы для оценки состояния обмена глюкозы у жвачных имеет особенности, связанные, в частности, с отсутствием в печени жвачных глзско-киназы, меньшей активацией гликоген-синтетазной активности при глюкоэной нагрузке и меньшей чувствительностью тканей к инсулину, по сравнению о лабораторными жиаэтными. Поэтому интерпретацию теста основывали на использовании динамической модели общаг-о вида: у с

(7)

где с - концентрация глюкозы в плазме крови, а - скорость образования глюкозы в организме, ш^/чао, а - постоянная окорость потребления глюкозы в молочной желеье (для данной продуктивности^, оцениваемая по выходу лактозы и глицерида с молоком, При анализе данных учитывали следующие основные предпосылки: I. Значение ки для транспорта внутрь клеток по тицу облегченней доадуэии намного больше физиологичоской концентрации глюкозы, которая в условиях нагрузки не достигает области насыщения. 2. Подавление охороо-тв глюкоиеогенеза по таду ютгибирования ключевых ферментов конечным продуктом незначительно. 3. Влияние в ходе нагрузки допслн;т~ тельно осовобоздающегося инсулина на обмен глюкозы невелико но сравнению с действием гормона при базальном уровне секреции, Условие I. достаточно хорошо установлено в оштах. Невыпсшшчз условий 2. и 3. может приводить к завышению оцениваемой скороетгг образования и расходования глюкозы. С учетсм выполнения условий 1-3 уравнение (7) редуцкруотся:

А - к с0У + а Мг/чаС (И/

где V - пространство распределения глюкозы в организме,11 -константа выведения глюкозы из фоаи. Пространство распределения

глюкозы принимали равным объему внеклеточной жидкоощ т.е. 1/5 от массы тала.

Экспериментальные данные, получшнш по этой методике, согласуются с результатами определения о помощью других, более сложных методов л укалывают на то, что концентрация глюкозы в крови не является гл'хвн^м детерминантом в формировании потока глшоаы.т.к. вел;гчжа потока в большей отепеыи коррелирует с показателем К, от-ра'^аицшл г.рошщазмость плазматических ыеьйран клеток для глюкозы (Табл.4).

Аналогичный подход применяли для оценки скорости использования ондогеш оН мочевины у жвачных. Обработку данных теста с вцут-введением мочеи:шы (0,1-0,2 г/кг) проводили с учетом существования общего однородного пула мочевины, легко диффундирующей е организма и двух стоков: первый - экскреция с шчой, второй-поступлоние мочевины в шдцеваритольный тракт со скоростью, пропорциональной уровню ее в крови:

с(1) « А - к'с - к"с (9)

где А - общая скорость мочевянообразования, мг/Учас, в стационарно!,! соотояк;ш равная ко0У (мг/чао), где к « (к' + к" ) константа введения мочевины из крови, V - объем распределения ;лочое:лш в организме, определяемый по принципу разведения. Скорость цспсльгоишшя эндогенной мочевины в ЖГ ( к"с ) оценивалась путе;.; вычитания из А измеренной в опыте величины экскреции мочевины с мочой (к'о ).

подучеш'их предварительных датщх свидетельствует о возмогаооти использования предложенного алгоритма (в качества 1Ш]>-вого приближения) и указывает на.существенную зависимость рециркуляции мочевины от поступления азота о корлом и уровня шчев:шн а крок! (Табл.5).

2.3 Характеристика динамических аспектов обмена бол ков у кур

3 имеющейся литературе почти полностьэ отсутстхг/шт данные о суточной динамике белкового синтеза и катаболизма в р'лгро^'кгав-ннх органах кур-несушак. Остается также открыты м вопрос о том, каково количественное соотношение белков, синтезированных в белковом отдаче в период формирования белковой ободочки яйца и в -последу гад:: й более длительный период, когда формируются подскор- . лунные оболочки и скорлупа. Для решения этих задач были разработаны методические подходы к планированию экспериментов и предложены алгоритмы определения неизвестных параметров синтеза ло дан-

Таблица 4

Концентрация глюкозы в плазме крови (Со), общая скорость образования и использования глккозы в организме хвачных (поток глюкозы П) и скорость использования ее в нэклх, помимо шлочной аелезы (П-), оцашпше с применением радиоизотопной метки, нагрузка глюкозой и по А-В ралностя

Подопытные п-

животные, Уетод Со п, г/кг Ссылка

физиолог. мг£ г/кг в сут-

С0СВ0ЯНИ9 в сут. ки

овцы

норм.корп. 14С-глюкоза 59 2,08 - Bergman s.a.1974

голода; щиэ п 54 1,35 - к

лактирупцие к 58 5,23 - IT

норм.кормя. ЗН-глпкоза 62 I.7I - Van der Walt

я нагрузка * 62 1,67 1980 „

голодающие ЗН-глпкоза 59 1,25 - tt

и нагрузка х 59 - 0,52 ti

норм.кормл. А-В разность 56 2,0 - Щеголев 1973

и наэдгзка 58 - 2,0 Черепанов и je.

голодающие и 56 - 1,0 1977 „

ШЧКИ 200-300 ЮГ Spires,Clark,1979

норм.корил. ЗН-глюкоза - - 6,05 Черепанов и др.

м нагрузка 55 - 6,47 2982

КОРОВЫ

норм.кормл. 14С,ЗН-гл. - - 2,50 Kronfeld о.п. 1981

годод-эгацив »1 - - 1,03 и

15 л/день, Черепанов к др.

4 кг конц. нагрузка 51 4,0 2,46 1^77

норм, кор.ч. 15 л/день »» 51 4,0 2,40 Купилоэ и др.1л7<5

21 л/день п 55 4,7 2,63 it

стельные It 50 - 3,00 к

12 кг конц.

II л/день ft ■ ¿5 5,23 4,04

4,5 кг конц. Черепанов и др.

+ патока ft 54 - 4,98 1982

х Пэ-.5пре;пш с изотопной меткой и нагрузкой в одном опыте. Алгоритм расчета по нчгрузке глюкозой - Черепанов л др. ,137/

Таблица 5

Концентрация мочевины в крви (Со), показатель выведения мочевины из крови (К), скорость образования в организме (А) и использование эндогенной мочевины в' пищеварительном тракте (рецикдизация) у овец, оцененные с применением изотопной метки и нагрзукя мочевиной.

Условия Живая Метод С_ к А Рцк

корме- масса . т г/кг % Ссылка

ния кг мг% час су т.

Потребление Н с кормом г/день

2,8 28 14С-ЫОЧЭВ. нагрузка1 14С-мочев. 5,6 - 0,14 92 Сос1ШШО,ЬвХ1£

п п я 0,12 0,13 91 1967

14,4 30 17 - 0,48 54 к

16.%, 40 нагрузка 30 0,12 0,65 38 Черепанов,1978

16,В 70 31,2 - 0,87 54 Явгтвувг,1973

21,8 34 и 42 1,18 40 Сос1шапо,1>«ов

Люц.сено 1967

+крахшл 40 нагрузка 10,6 0,17 0*32 66 Ра1сЬп«у,1974

+казеин Я " и 21,4 0,08 0,34 57. 2«

казеин

обр.форм. п в 16,9 0,14 0,42 47 п

х Измерения с изотопной меткой и нацзуакой в ОДноы опыте. Алгоритм расчета по нагрузке: Черепанов и др., 1978

кым измерения радиоактивности балков и их предшественников (*4С-гляц»ш, С-лейцин, %-лейиин, данные Шевченко З.Г.).

В результата проведенных исследований было установлено, что интенсивность биосинтетических процессов в ходе овуллторно-го цикла не постоянна, а изменяется закономерно в течи кно суток в зависимости от возраста и продуктивности. Ритмика процессов катаболизма в целом следовала закономерности, отмеченной доя процессов синтеза, хотя эффективность отложения белков количественно не была постоянной и в среднем за 20 часов составляла не более 20%.

Поскольку организм кур-несушек не располагает значительными запасами пластических ресурсов для синтеза белков, в отдельные периоды образования яйца, как это следует из полученных данных, потребность в них может быть различной, что имеет существенное значение для технологии кормления птицы.

Для оценки динамики синтеза белков яйца по фазам образования в первом приближении была использована кинетическая схема предшественник (свободные аминокислоты крови) продукт (общий белок белковой оболочки яйца, секреторные белки яйцеюда). С целью выявления неравномерности синтеза белков яйца в разные фазы овуляторного цикла весь период образования яйиа (24 часа) разбили на три временных отрезка 0-4, 4-15 и ¿6-24 часа, первый соответствует прохождению яйца через белковый отдел, второй и третий - прахоздешпо его через известковый отдел яйцевода, и расчетным путем определяли скорость синтеза белков, которые сразу поступают в белковую ободочку образующегося яйца и балков, которое синтез:-гуются в этот период, но запасаются в яйцеводе и поступают в следующее яйцо. С учетом динамики удельной активности х4С и ^-свободных аминокислот в плазме крови и накопленное активности в белке белковой оболочки снесенного яйца было установлено, что валовый синтез белков яйца в белковом отделе яйцевода за время формирования в нем белковой оболочки яйца составлял около 70;= от всего количества дзлков яйца. Примерно половина из этого количества идет на построение формирующегося яйца, а остальные белки накапливаются и участвуют в построении белковой оболочки следу хь щого яйца наряду с белками, накопившимися в белковом отделе за

время нахождения первого яйца в известковом отделе яйцевода, подученные данные указывают на то, что в период до 5 ч после овуляции, которая у основной массы птицы происходит в первой половине дня, курага-несушкам требуется повышенное количество щютошт, аналогичного по аминокислотному составу белку белковой оболочки яйца. Предложенные алгоритмы количественной оценки ритимшси синтеза белков яйца и полученные с их помощью данные оыли использованы в дальнейшем в исследованиях, проведенных Шевченко В.Г. при разработке технологии дифференцированного кормления кур-несушек.

ВЫВОДЫ

I. Теоретически и экспериментально обоогован новый подход к прогнозированию роста с.-х. животных, включающий этапы: I) Последовательная декомпозиция признаков, характеризующих рост организма, на соотавляпцие нижележащего уровня вплоть до молекулярных процессов биосинтеза в ключевых точках; 2) Выявление органов и тканей, играющих роль лидирующего (задающего общий темп роста) звена; 3) кинетическое описание мояекулярно-клеточных процессов в лидирувдих тканях; 4) учет соподчинения и корреляции в развитии системы органов и тканой. •

Предложена общая методика прогнозироваляя формирования скелетных мышц в онтогенез«, вклотаицач: а) выявление системы фундаментальных биохимических соотношений и факторов в процессе роста.скелетно-мшечной ткани, инвариантных по отношению к варьированию условий внешней и внутренней среды, и исгользование ее в качестве основы кинетической издали (теории); б) определение численных значений параметров модели для данного вида каютных о учетом иола, породи' илкнпл при технологическом прогнозировании или дяя каждого иивотвого при оценке индивидуального потенциала роста в специально планлруемнх опытах о помадьв объективных тестов и методов идентификации, разрабатываемых на основе теории; в) получение численною прогноза мясной продуктивности с помощью имитационной модели роста.

С те пользованием данного подхода обоснованы существенные аспекты роста с.-х. животных, предложены алгоритмы имитационно-

го моделирования и способы экспериментальной оценки ключевых факторов.

2. Предложен метод определения скорости оинтеза РНК а белка в скелетных мышцах и скорости их внутриклеточной деградации по динамике Искогаения ДНК, РНК л белка в органе в процессе роо-та, не трэбург)/?}« применения радаоизотопной метки. Полученные по этому методу значения "активности" РЖ (г белка/г РЖ су таи) в пределах ошибки метода совпадают о оценками общей скорости синтеза белков в радиоизотопном опыта и отражают итоговую окорооть формирования полноценных сократительных структур. зцачыния относительной скорости деградации белков, оцененшв эти.\) методом, характеризуют обмен шдшшообновляяцеася фракции белков мышц,

исключая цул свободных мшфофиламентоа и других ма-шх лаблльных фракций.

3. Впервые уотановлэно увеличение линейной концентрации ядер мышечных волокон (средней численности ядер на единицу длины пиона) с возрастом в скелетных мышцах у крупного рогатого скота и выявлена пололштальная корреляция линейной 1 : ¡трацлл ядер о доаме-хром индивидуальных ыьшечных волокон. Пол* ч^ нкцэ данные свадетельствуют о том, ч.ло процесс мультипликации ядер может играть ватаую роль в о пред ело нот темпа рости мшц, Эта информация о учетом других косвенных дакцых давт основание иред-половать, что процесс гшерреплишш Д1К в окалвтпых мышцах может быть объектом непосредственного воздействия со стороны общих регуллторннх систем организма о поелвдуодей интенсификацией цатоплазматачесгаго роста.

4. Скорость синтеза белков мшц в раочете на единицу еодер-яаяия РНК существенно не изменяется у бычков о возрастом при сохранении в процессе выращивания хивсяных постоянюй янтекскв-но<г?и потребления энергии корма по отношении к поддерживающему

■ уровни) (потребность на поддержание ов = 0,366 иг0'7!? 0,0043 № , МДх/сутки, где и - ;швая масса, кг) или при свободном доступе к корьу с заданной концентрацией анергии и сбалансированности рациона по основным питательным веществам и а ерзднам составляет 6-Ю г белка/г РНК оуткн. Относительная' скорость внутриклеточной

деградации белков мшц снижается у бычков в перше месяцы постна-таяьного цер.'.ода жизни, а в дальнейшем поддерживается на постоянном уровне 0,7-2,0 ;*/сутки.

Полученные дачные дают основание предположить, что постепенное снимание темна отложения белков в мывдах растущего скота, начиная с девяти-десятимосячного возраста, обусловлено не возрастным ториояеняем специфической активности макромолекулярных синтезов, а арифметическим выравниванием величии суммарной белоксип-тезируйцйй активности (пул рРНК х "активность" рРНК) а общего ка-таболиама бгдкоэ, пропорционального величине белкового пуда в мышцах.

б. Предложен пагод конструирования физиологических индексов для характеристики темпов образования и использования изтабслитое в организме у хзачимх на уроаю обцего поступления ¡г оттока из обгема распределения на основе данных анализа крови, молока, мочи и кратковременной внутривенной нагрузки.

Лредлохаш в первом прпбдияанше алгоритмы экспрессной характеристика потоков глюкозы и мочевины у квачшх. Условием примане-ния приведенных ниже формул для колхчостазнной оценки потоков этих соединений является постоянство скорости их суммарного поступления при кратковременных изменениях уровня в крови л л.шей-ная зависимость скорости оттока от концентрации (ял:! ко.мб/.нации линейной зависимости и постоянной состаалявдей). При соблюдении этих условий суммарная скорость поступления глюкозы из эндогенных источников и из пищеварительного тракта, равная в стационарном состояния скорости ее использования в организме, может бить определена по уравнению

А гл = 0,048 К Со н + 57 ¥ (г/сутки),

где и - хивая масса, кг; у - суточный удой, кг; Со - концентрация глюкозы в плазме крови, мг^ (до нагрузки); К - показатель выведения глюкозы из крови (1/час), а скорость образования мочевины

А доч 0,024 К Со V (г/суткн),

где у - о&>ем распределения введенной мочевины (децилитр); Со -

концентрация мочевины в крови, иг,« (до нагрузки); К ~ показатель выведения мочевины из крови (1/час). Постуилеяие эндогенной мочевины в пищеварительный тракт (рециркуляция) опродслются з'.-чита-няем из полученной величины общего количества мочевиш, ви-ведин-ного с мочой. Рекомендуемые дозы введения глмкозы и иэчивнкп: 0,1-0,2 к 0,1 г/кг, длительность теста: I и 5-6 ч, интервал измерений: 10 и 30-40 ихнут, соответствию.

6. Предложены схеш кинетических экспериментов и алгоритм! определения клтешх факторэв для количественной характеристигл синтеза белков в я^Ьдеводе кур-несупек в различные '¡'азы образования яйца. Установлено, что большая часть белков белковой оболочки яйца синтезируется в период его фор;.ярования в белковом отделе яйцевода, что позволяет предположить поклеенную потребность птицы в протоике в этот период.

7. В процессе деминерализации костной ткаш» нзблдздзтея обратная корреляция мезду минеральной насыщенностью скелета и пою-зателем ЕЫЕедезшя кальция из крови при внутривенной нагрузке; одновременно увеличивается мобилизуемость кальция из скелета при воздействия пшокальцн омических стимулов. Узазаиные едлпги наступают рзньие и они выражены значительно с:лыюе, по сравнению с изменения»« уровня кальция в крови. Верхняя граница нормы для показателя выведения кальция у овец - 0,7; у коров -1,0 (1/час).

Полученные экспериментальные данные и кинетический анализ системы гомеостаза кальция свидетельствуют о том, что интенсивное выведение кальция с молоком у высокопродуммнных коров в начальной фазе лактации служит стимулом для адаптивной перестройки процессов ремоделлрованля костной ткани; при о том понижение скорости резорбции кости сопровождается увеличением однонаправленного потока кальция в сколет. При высоком потреблена: кальция в период беременности иягийпруотся процессы резорбц;и костной тка-1Ш и снижается эффективность гормонального контроля со стороны ПТТ, что в сочетании с аномально низкими значениями га;гьцлевнх потоков резко увеличивает риск развития гипокаяьциечии в раннем послеродовом периоде.

. 8. Предложена концепция опт'шизацни режимов пктагая при выращивании и откорме крутого рогатого скота на оспозо использования агрегированной модели продукционного процесса, предуемзт-

рнваадая:

- учет влияния различных условий норыленяя я содержания в продоеетпуюцие периоды роста и прогноз продуктивности в непро-рнвном масштабе времени;

- использование данных о биохимических процессах на уровне тканей и клеток с возможностью включения новой научной информации;

- проведение многоаспектного ашлиза эффективности трансформации пиательных веществ и энергии корма в проекцию с учетом возможных вариаций, связанных о породными особенностями, интенсивностью питания, качеством корма и условиями внешней среды.

дрдаэшш

1. В нзучно-иссл^овательской работа рекомендуются новые кинетические метода и алгоритмы определения параметров биосинтеза и метаболизма:

- катоды определения параметров активности синтеза и относительной скорости внутриклеточной деградации РНК и белка в скелетных мышцах по данным измерения накопления ДНК, РНК и балка в органе.

- Алгоритмы идентификации количественной динамики синтеза белков в яйцеводе кур-кесутек доя совершенствования режимов дифференцированного по времена суток коришшя птицы.

- Способ диагностики ранних стадий деминерализации скелета у жвачных, в ключа щи й внутривенную нагрузку солят кальция и определение показателя скорости выведения кальция из крови. Верхняя граница ыорш для гонстанта выведения у овец - 0,7; у коров -1,0 (1/час).

- Для формирования полноценной базы данных по биологическим основам роста а развития с.-х. животных рекомендуется в дополнение к обычным биохимическим анализам и данным по обваяоаке туш в схему опытов включать комплекс измерений, характеризуицих линейный рост скелета, изменения площади поперечного сечения труйча-тмх костей в процессе роста, тотальной содержание ДЕК, РНК и белка в шшцах, линейную концентрации ядер мышечных волокон а относительную скорость деградации белков мыкц (по измерениям 3-метилгис7идина и креатинина в моче).

2. Имитационная модель роста и программы ддя персонального компьютера типа IBM PC AT/XT дпя прогнозирований морфологичес-

кого и химического состава тала растущих животных могут быть использованы дня планирования кошлекскых научных исследований, для ориентировочной сценки эффективности конверсии корма в продукции за весь производственный цикл и выбора наиболее целоеоойразкых сроков убоя,-дая со вершен стаования норм энергетического питания о учетом выхода мышечной ткани и затрат энергии на отло^.оние яира при выращивании и откорле крупного рогатого скота, в учебных целях а для обоснования выбора проектного стандарта новых типов пр jjcyit— тншых животных.

3. Для бычков черно-пестрой породы наиболее целесообразная интенсивность выращивания (максимальный наблюдаемый- в ходе роста суточный прирост айвой массы при данной концентрации энергии в рационе) по критерию шкеимальной эффективности биоконверсии корма в шеокоценные компоненты продукции (затраты обменной энергии корма и затраты концкормов на I кг прироста массы скелетных мышц) составляет 0,9-1,0 кг/сутки. Достижение болео высоких приростов мочэт быть экономически выгодным, однако это сопровоздазтся повышенным расходованием концкормов, что необходимо учитывать при планировании кормопроизводства и совершенствовании нормативов оценки туш

о учетоа выхода высокоценных компонентов мяса.

• • •

Основные результаты исследований опубликованы в 62 работах, в том числе:

1. Черепанов Г.Г., Решетова Л.В.,Газдаров В.М. Определение скорости синтеза и катаболизма тканешх белков у цыплят // С.-х. биология,-1975.-16.-С.910-918.

2. Черепанов Г.Г. Способ 'определения скорости синтеза тканевых белков //Бачлатеиь научных работ/ВШШБиП с.-х. чивот-ных. -1975. (36) .-С. 72-74.

3. Пташшн A.A.,Черепанов Г.Г.,Кривцоз И.Л..Долгова М.С.,Гребенников Б.Л. Функциональная натру аса кальцием как тест на минеральную обеспеченность жвачных животных //С.-х.биология,. -1975.-Ш.-С.67-69.

4. Черепанов Г.Г.,Пташкин A.A. Кинетический анализ механизмов гомеостаза,кальция у сельскохозяйственных тавотных // С.-х. ¿иология.-1976.-№4.-С.592-599.

5. Черепанов Г.Г., Щегалез С.Я. «Курилов H.a. Использований динамического теста для определения скорости образования и утилизация глюкозы у жвачных //С.-х. биология.-I977.-V2.-С.291-296.

6. Птаакин A.A., Долгова Ы.С.,Черепанов Г.Г..Филиппов В.В. Усвоение кальция и фосфора и динамические аспекты гоиеостаза кальция у молочных ко роз // Научные труды/ ВШВДБиП с.-х. кивотных. -I977.-7.I8.-C.I0S-II2.

7. CL-jaHOHKOB H.A. .Семенютин В.З. .Черепанов Г.Г. Динамика обмена треонина у телят-молочников // Бшлетень научных работ/ ВНИНФБиП с.-х. животных•—Я 3(60).-С.15-18.

8. Черепанов Г.Г., Материкан A.M., Кошаров А.Н. Опроделенсо скорости образования и использования эндогенной мочевины у овец

// С.-х. биология.-1978.- й 3,-С.436-441.

9. лдльницшй 5.Д., Черепанов Г.Г., Григорьев Н.Г. Метод кинетического мод-'лирозання при изучении обмена свободных аминокислот у цыплят // С.-х. биология.-1978.- Ji I.-C.II9-I25.

10. Левченко В.Г., Черепанов Г.Г., Григорьев Н.Г, Динамика синтеза и катаболизма белков яйцевода у кур-несушек // Доклада ВАСШЛ.-1979.- Je 4.-С,37-39.

11. Черепанов Г.Г. Применен;» кинетических тестов дли оценка состояния обменных процессов у сельскохозяйственных животных //С.-х. биология.-1979.I.-С.I35-I06.

12.Черепанов Г.Г..Цташкин A.A..¿илиппоз В.В. Прижизненная оценка стан.-ни ыинзралазацпа скелета у крупного рогатого скота методом фогонно;: абсорбциоыетрии // С.-х. биология.-1979.-I.I4. # 5.-С. '640-Ü43.

13. йевченйэ В.Г., Григорьев Н,Г.,Черепанов Г.Г. Синтез балков я/:::еьодом wp в процессе яйцеобразования // С.-х. биология.-I960.• & 1.-С.85-68.

14. Черепанов Г.Г., Боровской Л.Я., Шевченко В.Г. Идентификация параметров обмена лизина и его окисления до С0£ у фр-несуаек // Бюллетень научннх работ/ ЗлИШМ с.-х. животных.-I9SI.-

ü 4(64).-С.60-б4.

15. Черепанов Г.Г..Белянан Е.К., ¡¿едзедев ¡1.К. Экспериментальная апробация длн&мичо-с.-:ого таста для оценки скорости образования и использован;« глюкозы у жвачных // Бюллетень научных работ/ В1ШаБ;Ш с.-х. acijaoтных.-1В32,- И 4(66).-С.51-54.

16. Шевченко З.Г.,Черепанов Г.Г. Синтез секреторных белков бел-кошм отделом яйцевода кур-несушек.// 5-Й Всесоюзный биохимический съезд. Тезисы стендовых с о обгний.-Алма-Ата, 1935.

17. Черепанов Г.Г. Метода экспериментальной оценки динамики обновления белков у тавотных.// С.-х. биология.-1985.-й J0.-C. 112—121.

18. Шевченко В.Г..Черепанов Г.Г. Оценка динамики синтеза балков яйца в яйцеводе кур-несушек методом двойной метки (14С,%).//С,-х. биология.-1985.- й 7.-C.II0-II4.

19. Черепанов Г.Г. Клетсшше мехашзьы, дкб£ит!'руодие накопление массы скелетнсй мускулатуры (обзор) //С.-х. биология.-1986,-

ß 4,- С.47-54.

20. Черепанов Г.Г. Методика определения интенсивности и зЭДектив-ностп синтеза балкоз а скелетных мшцах крупного рогатого скота по накоплению РНК и белка а процессе роста //С.-х. биология.-1987.- ü 3.-C.I09-II3.

21. Шевченко H.A., Черепанов Г.Г..Шубина Г.Н.,Аюпов Ф.Г.,Ал£им-цев H.A. Возрастная динамика содержания РНК и белка в скелетных ишцах телят черно-пеотрой, симментальской а шортгорнской пород. //Втьлетень научных работ/ АШЫФБяП о.-х. гпвогкцх.-1987.- й2(83). -С.22-25.

22. Черепанов Г.Г. .^езчешсо Н.А.,!1анух>ша А.;1.,л!атюхина Т.Г. Роль процессов синтеза и распада белков мыпц и численности ядер в наращивании массы скелетной мускулатуры //¡,'лтериалы 3-й конференции по аг>просам цизиологин обмена вецеств в организме человека а аивогных "Актуальные водросы обмена веществ".-Вильнюс.-1987. -С.225-226.

23. Чэрапанов Г.Г. Определение нараметров биосинтеза и распада РНК и белков в скелетных .\шцах у растущих яивотных // йгииетень научных раЙот/ЗНИИЬБиП с.-х. хивотных.-1383.- № 3(95).-С.24-28.

24. Черепанов Г.Г. ,Тюпаев d.M. .Ыаиухина А.;1.,и!атихина Т.Г. лорфо-физиологические флктош формярэшыия мяснсй продукта ж ост и н онтогенезе у крупного рогатого скота.//Доклада НАС XtLU.-1989,-

Д 12.-С.¿6-23.

25. Черепанов Г.Г..¿1анухииа А.11.,..атюхина Т.Г. Взаимосвязь между численностью ядер в клетках скелетных мышц и возрастной гипертрофией мышечных волокон у бичков//С.-х.биология.-1989.-Ji 2.-С. 99-IC4.

26. Черепанов Г.Г..Тюпаеа U.M. Количественная динамика синтеза белков скелетных мшц у растущих бычков // Бишетень научных рэ~

бот /31ШФБиП с.-х. животных.-1990.- * 1(97).- С. 6-9

27. Черепанов Г.Г., Заболотнов I.A., Короткое А.П. Имитационная модель роста крупного рогатого скота // Вестник с.-х. биологии.-1990,- » 11(410).- С.. 69-94.

28. Кальнацкий 5.Д.«Черепанов Г.Г., Галочкин В.А. Актуальные воп-роои организации проблемно-ориентированных комплексных исследований по биологии животных. // Вестник с.-х. науки.- 1990.- й 8(407). - С. 66-71.

29. Черепанов Г.Г. Технологическое моделирование и анализ процессов обмена веществ жвачных. // С.-х. биология.-19Э0.- Я 4.-С.3-12.

30. Черепанов Г.Г. Системный анализ процесоов роста скелетных мышц и формирования состава тела крупного рогатого окота в ходе онтогенеза. //Доклада ВАСХНИ1.- 1991.- й 3.- С. 43-46.

31. Черепанов Г.Г., КальницкиЙ Б.Д., Заболотнов Л.А. Опыт системного анализа в решении биологических проблем животноводства и перспективы создания информационно-экспертной системы "Продуктивность". // 0 перспективах развития животноводства и ветеринарии

в ПЦ^иятилетке. Тезис;* к совещанию,- Ленинград-Пушкин, 1990.

32. Черепанов Г.Г. Новое в прогнозирования продуктивности и перспективы создания интегрированных систем нормирования питания животных. // Биологические основы шеокой продуктивности сельскохозяйственных животных. Материалы международной конференции.-Боровск, 1ЭЭ1,- С. II5-I2I.