Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 24
1.1. Регуляторная роль цикла Кребса в организме животных 24
1.2. Ферменты окисления и карбоксилирования пировиноградной кислоты и регуляция их активности 37
1.3. Изоцитратдегидрогеназа и регуляция ее активности 49
1.4. Альфа-кетоглутаратдегидрогеназа и регуляция ее активности 56
1.5 Сукцинатдегидрогеназа и регуляция ее активности 60
1.6 Малатдегидрогеназа и регуляция ее активности 65
1.7. Углеводное питание животных 69
1.7.1 Углеводное питание моногастричных 69
1.7.2. Углеводное питание жвачных 78
1.8. Влияние труднорасщепляемого в рубце протеина на продуктивность бычков, выращиваемых на мясо 98
1.9 Влияние половых гормонов на продуктивность бычков, выращиваемых на мясо
1.10. Применение препаратов, снижающих возбудимость животных, повышающих стрессустойчивость и корригирующих негативные воздействия последствий стресса на процессы 131 обмена веществ
2. Объекты и методы исследований 139
3. Результаты исследований и их обсуждение 148
3.1. Эндогенные факторы, обусловливающие мясную продуктивность бычков 148
3.1.1. Кленбутерол, как фактор, иллюстрирующий регуляторную
функцию эндокринной системы на обмен веществ и мясную
продуктивность бычков 148
2. Обусловленность продуктивности бычков, выращиваемых на мясо, генетическими факторами 152
3. Возрастные изменения показателей мясной продуктивности и влияние на эти показатели активности дегидрогеназ цикла Кребса и пируваткарбоксилазы в органах и тканях бычков, выращиваемых на мясо 156
Влияние факторе, снижающих возбудимость животных, на продуктивность, активность дегидрогеназ цикла Кребса и ферментов метаболизма пирувата 172
1. Взаимосвязь половых гормонов эндогенного и экзогенного происхождения с продуктивностью бычков, активностью дегидрогеназ цикла Кребса и ферментов метаболизма пирувата - 172
2. Принципы биологических способов стерилизации животных 188
3. Влияние транквилизирующих веществ на возбудимость и агрессивность бычков, их продуктивность и активность ферментов метаболизма пирувата 197
4. Использование комплекса биологически активных веществ для повышения стрессустойчивости бычков и птицы и снятия постстрессовых явлений 204
Различные факторы кормления и продуктивность бычков 220
1. Влияние различных уровней кормления на активность ферментов цикла Кребса и метаболизм пирувата в тканях и плазме крови и интенсивность роста 223
2. Интенсивность роста, компенсаторный рост, мясные качества и оплата корма бычков, выращиваемых на мясо, в зависимости от уровня кормления 235
3. Влияние разного уровня энергии в рационе на активность ферментов синтеза и утилизации глюкозы и на продуктивность откармливаемых бычков 254
4. Влияние легкогидролизуемых в рубце углеводов на энергетическую обеспеченность рациона и интенсивность роста бычков 261
5. Повышенное поступление глюкозы из кишечника в кровоток и продуктивность бычков 265
6. Влияние на продуктивность бычков дополнительного обеспечения рациона протеином, нерасщепляемым в рубце протеином и предшественниками глюкозы 271
7. Влияние на мясную продуктивность бычков дополнительного введения в рацион труднорасщепляемого в рубце протеина с одновременной активизацией ферментативных процессов в рубце 284
Заключение 304
Выводы 379
Рекомендации производству 382
Список использованной литературы 384
- Ферменты окисления и карбоксилирования пировиноградной кислоты и регуляция их активности
- Альфа-кетоглутаратдегидрогеназа и регуляция ее активности
- Взаимосвязь половых гормонов эндогенного и экзогенного происхождения с продуктивностью бычков, активностью дегидрогеназ цикла Кребса и ферментов метаболизма пирувата
- Влияние различных уровней кормления на активность ферментов цикла Кребса и метаболизм пирувата в тканях и плазме крови и интенсивность роста
Введение к работе
Во многих странах мира мясное скотоводство - главенствующая отрасль животноводства. Хорошо развито мясное скотоводство в США, Канаде, в странах западной Европы, где поголовье мясных коров равно, или в 2 - 3 раза превосходит поголовье молочных. Интенсивное производство говядины в мире уже много десятилетий базируется на специализированных породах мясного направления продуктивности (Амерханов Х.М., 2004; Калашников В.В. и др., 2004; Кусакин И.И., 2004). Можно с высокой долей уверенности прогнозировать, что в России, как и во всех развитых странах, также нет альтернативы мясному скотоводству. Разумеется, оно будет адаптировано к нашим конкретным условиям.
Производство говядины в России сейчас практически полностью убыточно, а производится ее всего около 13 кг на душу населения в год из 30-ти необходимых. Это в 10 с лишним раз ниже, чем в Новой Зеландии и Австралии и в 3 - 4 раза ниже, чем в Северной Америке и западной Европе. Вина в сложившейся ситуации не только в государственной политике, не обеспечивающей продовольственную безопасность страны. Следует признать также и недостаточно эффективным влияние сельскохозяйственной науки на животноводческую практику. При этом, говоря об общем очень низком уровне производства говядины в России, не следует забывать и о качестве российской говядины. До сих пор величину очень близкую к 100 % производимой в стране говядины получают от выбракованного молочного поголовья.
Известно, что уровень мясной продуктивности и качество говядины находятся в прямой зависимости от интенсивности выращивания молодняка. С увеличением живой массы повышается выход туши приблизительно с 45 - 49 % до 55 - 60 %. Мясность туши также существенно увеличивается с повышением массы туши. Выход мякоти при массе туши 140 - 160 кг составляет 77 - 80 %, а при массе 240 - 260 кг - 82 - 85 %.
Поскольку на качественно иную продукцию должны быть и иные цены, на смену действующему стандарту оценки крупного рогатого скота, сдаваемого на мясо, и оценки производимой говядины, в настоящее время в России подготовлен и находится в стадии принятия новый стандарт (Лисицин А.Б., Татулов Ю.В., 2003). В нем предусматривается дифференцированная оплата за молодняк в зависимости от породы, возраста, веса, упитанности.
В целях стимулирования интереса животноводов к интенсивному выращиванию молодняка, получения тяжелых туш и увеличения выхода мякоти, как источника полноценных белков, в новом российском стандарте признано целесообразным выделять молодняк в возрасте до двух лет в отдельную качественную группу.
В настоящее время у нас в стране принято считать, что у бычка, выращиваемого на мясо, привес 800 - 900 г/сутки от рождения до сдачи на мясокомбинат является умеренным. Интенсивным же выращивание считается при 1100 - 1300 граммах привеса. Следовательно, бычок, выращенный по умеренной схеме, должен иметь живую массу в возрасте 16-14 месяцев близкую к 400 кг. Интенсивная технология выращивания должна обеспечить достижение живой массы 400 кг в возрасте 10-11 месяцев.
Существует мнение, что выращивание молодняка крупного рогатого скота на мясо становится рентабельным при интенсивном доращивании и откорме с достижением живой массы не менее 530 кг в возрасте 21-24 месяца (Туракулов З.Т. и др., 2002). В связи с вышесказанным, по-видимому, именно живую массу в 400 кг и именно в возрасте 10-11 месяцев можно признать оптимальной, как по биологическим, так и по экономическим соображениям для завершения откорма и сдачи на мясо бычков молочных пород. Логика аргументации такова - при доведении массы тела от 400 до 500 кг процент выхода туши еще продолжает немного возрастать, достигая величины 53 - 56, процент костей в туше снижается, мясность туши повышается с 4.2 до 4.8 %, общее количество белка в туше также несколько растет, но значительно существенней увеличивается количество жира (достигая вели-
7 чины 6 - 7 % от массы туши; особенно возрастает фракция внутреннего жира, что никак нельзя расценивать как положительный факт). Следующий негативный момент - оплата корма продукцией в этот период начинает значительно снижаться. Вопрос этот спорный. Основанием для несогласия с этим мнением является общеизвестная биологическая аксиома, согласно которой самый экономически и биологически невыгодный способ выращивания и содержания животных - их недокорм. Экономически не выгоден не только недокорм по количеству кормов, но энергетически более затратный качественно неполноценный обильный рацион.
Выращивание бычков на мясо при любых технологических схемах связано с проблемой формирования половой функции и становления ранговых взаимоотношений между животными. Наиболее четко это влияние проявляется при беспривязном выращивании и откорме молодняка крупного рогатого скота в крупных промышленных комплексах. Актуальна эта проблема и при других технологических схемах интенсивного выращивания и откорма (групповом, пастбищном, выгульном и даже привязном). Животные, достигшие половозрелого возраста, постоянно проявляют половую активность, беспокойство, возбужденность и агрессивность, усиливающиеся с возрастом. Это затрудняет работу обслуживающего персонала, часто приводит к травматизму и несвоевременному снятию животных с откорма, а также к бесполезной трате значительных количеств биологической энергии. В итоге имеем недополучение продукции, повышение затрат корма, труда и финансовых средств на ее производство.
Кастрация бычков снимает часть проблем. Изменяется гормональный статус, угнетаются половые рефлексы, существенно снижается агрессивность и преждевременная выбраковка животных, упрощается уход за ними, но при этом возникают новые проблемы. Кастрация сдерживает интенсивность роста, увеличивает отложение жира.
Для мониторинга физиолого-биохимического статуса животных и успешного поиска возможностей активного воздействия на эффективность ис-
8 пользования пластических и энергетических компонентов в обменных реакциях, для разработки биохимических подходов к регуляции интенсивности и направленности метаболических потоков необходимы глубокие исследования взаимосвязи половых гормонов с основными ключевыми и регулятор-ными ферментами обмена веществ. Только постигнув тонкие механизмы мо-лекулярно-биохимических взаимодействий гормонов и ферментов и научившись направлять эти взаимодействия в требуемое нам русло, мы сможем приступить к активной регуляции обмена веществ а, следовательно, и количества и качества мясной продукции и затрат кормов на ее производство.
Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса, цикл лимонной кислоты), несомненно, играет в организме центральную регуляторную роль. Он представляет собой сложную, многоступенчатую последовательность реакций, поставляющих энергетические и пластические эквиваленты, восстановленные и фосфорилированные кофакторы основных биосинтетических путей. Интенсивность практически всех процессов в организме регулируется соотношением восстановленных и окисленных, адениловых и флавиновых нук-леотидов, отношением АТФ к АДФ, АМФ и неорганическому фосфату..
В самом цикле Кребса основная метаболическая функция связана с последовательной серией молекулярных процессов депротонирования органических кислот, катализируемых дегидрогеназами. Все изученные нами де-гидрогеназы цикла - пируватдегидрогеназа, изоцитратдегидрогеназа, сукци-натдегидрогеназа, альфа-кетоглутаратдегидрогеназа, малатдегидрогеназа, относятся к регуляторным ферментам метаболических и энергиюпроизводя-щих процессов в любой клетке организма и являются сложными, многокомпонентными, полиферментными комплексами. Именно в силу специфики их локализации, необратимости катализируемых ими реакций, относительно малой величины константы Михаэлиса-Ментен, с активностью этих ферментов природа эволюционно связала не столько ключевую функцию, обусловливаемую лимитированием скорости потока метаболитов, сколько регуляторную функцию, направленности метаболических потоков. Это типичные
9 регуляторные ферменты, находясь на развилках метаболических путей, в каждом конкретном транспортном метаболическом узле выполняют миссию диспетчера-регулировщика.
Одну из немаловажных ролей в определении направленности обменных процессов в организме вообще и в цикле Кребса в частности играет метаболизм пировиноградной кислоты и, естественно, ферменты, ответственные за судьбу этого значимого метаболита - митохондриальная пируватде-гидрогеназа, которую мы уже называли и, также изучавшаяся нами, цито-плазматическая и митохондриальная пируваткарбоксилазы. От соотношения активностей этих двух ферментов зависит, пойдет ли пируват на глюконеогенез, либо на энергетические нужды.
Синтез всех стероидов в организме, в том числе и половых гормонов, зависит от наличия ацетилированной формы коэнзима А, который является конечным продуктом окисления жирных кислот, некоторых аминокислот и аэробного окисления пирувата. Он используется в цикле Кребса для выработки энергии. В свою очередь, Ацетил-КоА и Ко-А являются одними из главных звеньев регуляторного механизма активности пируват- и альфа-кетоглутарат дегидрогеназ. Для поддержания требуемой интенсивности синтеза стероидов необходима восстановленная форма НАДФ. Вследствие практически полного отсутствия у полигастричных животных НАДФ-зависимой малатдегдрогеназы этот фосфорилированный нуклеотид восстанавливается в основном в НАДФ-зависимой изоцитратдегидрогеназой реакции и в пентозо-фосфатном цикле окисления глюкозы. Становится полностью объяснимым, что соотношение в отдельных компартментах клетки восстановленных и окисленных форм фосфорилированных и нефосфорилированных адениловых ршуклеотидов (НАД и ЬіАДН, НАДФ и НАДФН) также рассматривается одним из основных механизмов регуляции активности НАД- и НАДФ-зависимых дегидрогеназ цикла Кребса.
Мужские половые гормоны ответственны не только за андрогенную функцию (развитие вторичных половых признаков и половых рефлексов), с
10 ними напрямую связана и интенсивность протекания комплекса анаболических реакций (увеличение ретенции азота, стимуляция синтеза белков в мышечной ткани, увеличение и мобилизация жирового депо и др.). Сказанного становится достаточным для понимания тесной взаимосвязи активности ферментов цикла Кребса с биосинтезом половых стероидных гормонов, интенсивностью обменных процессов, а, следовательно, и с продуктивностью животных.
Современная зоотехническая наука требует от практиков животноводства при конструировании рационов умения оперировать все большим числом факторов. Животноводу нужны более глубокие знания об оценке питательности кормов, о потребности животных не только в конкретном количестве питательных веществ, но и в их строго определенном качестве. Совсем недавно полноценный багаж знаний ограничивался понятиями о концентрации сухого вещества в единице веса корма, о количестве обменной энергии приходящейся на единицу прироста живой массы, о количестве протеина содержащегося на одну кормовую единицу, на один МДж обменной энергии, о дифференциации различных клетчаток и других легко- и труднодоступных полимерных и олигомерных углеводов, о сахаро-протеиновом и сахаро-крахмальном соотношениях.
Мы намеренно не упомянули количественное наличие в рационе жиров, витаминов, антиоксидантов, минеральных и других биологически активных веществ, а ведь у каждого из них тоже есть свои параметры качества, биологической доступности, биологической полноценности, биологической эффективности.
Сейчас даже информация об аминокислотном составе белков в рационах жвачных не может признаваться как истина в последней инстанции о протеиновом питании этого вида животных. В понятие качества протеина уже вошла неотъемлемой составной частью его характеристика по степени дегра-дируемости в преджелудках жвачных.
Рабочая гипотеза проста и логична - протеины в многокамерном желудке жвачных животных могут в разной степени подвергаться микробной деградации. Чем более резистентен белок к воздействию в рубце, тем более высокая доля нативного белка достигает кишечника, где он расщепляется, всасывается и используется в метаболических реакциях организма энергетически значительно более эффективно, чем при гидролизе в преджелудках. Происходит экономия всегда дефицитного белка, нормализуется в организме глю-козо-аминокислотное отношение. А оно, и это хорошо известно, позиционируется как один из критериев потенциальной способности рационов поставлять в метаболический пул организма требуемое ему соотношение энергетических и пластических эквивалентов. Следствием оптимизации попавших в кровяное русло субстратов явится нормализация обменных процессов, что по кибернетическим принципам обратной связи закрепит изменения в желудочно-кишечном тракте, в пищеварительном процессе, как первом этапе единого обмена веществ в организме животного. Только строго скоординированная совокупность процессов пищеварения и метаболизма способна повлечь за собой изменения степени трансформации питательных веществ корма в любые виды продукции. Иными словами, только на этом пути открываются реальные возможности активного вмешательства в экономию затрат кормов и снижение себестоимости производства животноводческой продукции.
Степень распадаемости протеина в рубце жвачных, в частности у коров, интенсивно исследуется во ВНИИ физиологии, биохимии и питания с.-х. животных последние двадцать лет. Естественно основной акцент ставится на выяснение взаимосвязи труднорасщепляемого в рубце протеина с молочной продуктивностью. Была проведена серия исследований, свидетельствующая о возможности изменением распадаемости протеина в рубце активно влиять на интенсивность биосинтеза отдельных компонентов молока молочной железой и, следовательно, на продуктивность молочных коров (Аитова М.Д. и др. 1984, Курилов П.Н. 1989, Рахимов И.Х., Вторых Э.А., 1989., Долгов И.А.,
12 Тараканов Б.В. 1989, Материкин A.M., 1991, Харитонов Е.Л. 2003. и др.), валухов и баранов (Барановская Т.Я, 1987, Кузнецова Е.И. 1997).
Повышение молочной продуктивности (в отдельных случаях до 13 %) обычно объясняют увеличением притока аминокислот из пищеварительного тракта в ткань молочной железы, при этом отмечается, что снижение распадаемости протеина отдельных компонентов рациона приводит к снижению распадаемости в рубце протеина всего рациона в целом. Помимо предложенных многочисленных физических и химических приемов обработки кормов, в качестве одного из наиболее приемлемых способов снижения распадаемости протеина в рационе указывают на достаточность введения в рацион определённых кормов (кукуруза, глютен кукурузный) и замены части рациона концентратно-травяными брикетами.
В отличие от молочных коров, влияние степени распадаемости протеина в преджелудках на продуктивность растущих и откармливаемых на мясо бычков исследовано в нашей стране недостаточно, хотя в мире эта проблема давно и обстоятельно изучается. К рассмотрению данного аспекта мы вернемся в соответствующем разделе диссертации. В работах, проведенных в нашем институте на оперированных бычках (Погосян Д. А. 1997), количественно оценено увеличение потока аминокислот из кишечника в кровь за счет введения в рацион кормов с пониженной распадаемостью в рубце протеина. В свою очередь, большее поступление аминокислот в кишечник и далее в кровь обеспечивает биосинтез мышечных белков на более высоком уровне, увеличивая и количество, и качество продукции. Взаимосвязь распадаемости протеина в преджелудках с продуктивностью и качеством получаемой продукции откармливаемых бычков в настоящее время в нашей стране нуждается в серьезном дополнительном изучении.
На протяжении ряда лет во ВНИИ физиологии, биохимии и питания с-х. животных проводится изучение механизмов, регулирующих обмен веществ и биосинтез основных компонентов мяса у интенсивно откармливаемых бычков (Кальницкий Б.Д. и др, 1993., Матвеев В.А. 1993.). Для достиже-
13 ния высокой продуктивности необходимо максимально учитывать специфику процессов, происходящих в желудочно-кишечном тракте при каждых конкретных условиях кормления. На настоящем уровне развития зоотехнической науки уже невозможно составлять рационы без точного знания химических свойств основных питательных веществ, без понимания процессов их расщепления, без точного знания скорости и места образования в разных отделах желудочно-кишечного тракта продуктов их гидролиза, без прогнозирования последующей метаболической судьбы каждого компонента рациона на его длительном и сложном пути превращения в животноводческую продукцию.
Только максимально возможный учет упомянутых факторов, позволит осуществить целенаправленное выращивание животных с получением ожидаемого нами количества, требуемого нам качества животноводческой продукции.
Для молодняка крупного рогатого скота, выращиваемого на мясо, задача повышения интенсивности роста и получения большего количества и лучшего качества мяса, решается в первую очередь, конечно не сбрасывая со счетов другие условия, обеспечением максимально эффективного использования аминокислот, как пластического материала, для биосинтеза мышечных белков. Поддержание желаемого уровня активности биосинтетических реакций, требует наличия надежных источников энергии. Для этого метаболический фонд организма не должен испытывать недостатка в глюкозе. Решение этой задачи можно достигнуть двумя путями: 1) либо мы обеспечиваем замедление сбраживания глюкозы до летучих жирных кислот в преджелудках и глюкоза начинает в большем количестве непосредственно поступать из желудочно-кишечного тракта в кровь; 2) либо глюкозой метаболический пул организма пополняется вследствие синтеза ее de novo в основном в печени из молочной и пропионовой кислот.
Для создания в организме жвачных такой метаболической ситуации, когда биосинтетические реакции не будут сдерживаться дефицитом глюкозы,
14 важно обеспечить нормальное функционирование обоих описанных путей. Биологически выгоднее для животного первый путь - большее поступление глюкозы из кишечника в кровяное русло. Однако при этом, скорость биосинтетических процессов на типовых рационах, применяемых при интенсивном выращивании и откорме молодняка крупного рогатого скота, также не должна сдерживаться потоком из желудочно-кишечного тракта уксусной, про-пионовой, масляной и высших жирных кислот.
Для обеспечения высокой интенсивности роста бычков применяют рационы с высокой концентрацией обменной энергии за счет использования зерновых концентратов - более 50 %. Решение проблемы повышения эффективности использования питательных веществ таких рационов можно искать путем разработки технологических приемов их принудительной, управляемой ферментации в рубце. Возможен и другой подход - использовать соответствующий набор естественных кормов, обеспечивающий меньшую скорость расщепления в рубце легкогидролизуемых углеводов, большее поступление их из преджелудков в кишечник, ферментативный гидролиз в котором обеспечит большее поступление глюкозы из кишечника в кровеносное русло.
Во ВНИИ физиологии, биохимии и питания с.-х. животных под руководством профессора Тараканова Б.В. 1996 разработан для этих целей препарат стрептофагин, который показал хорошую эффективность при применении в молочном скотоводстве. При его скармливании в рубце жвачных животных снижается количество амилолитических бактерий, но повышается доля бактерий, утилизирующих целлобиозу, основного продукта, образующегося при гидролизе целлюлозы. В результате этого существенно не изменяется суммарное образование летучих жирных кислот в рубце, но значительно снижается доля уксусной и повышается количество пропионовой кислоты, что способствует усилению глюконеогенеза в клетках печени и, соответственно, увеличивает, как мы уже говорили, метаболический пул глюкозы. Параллельно с этим, за счет снижения в рубце амилолитических бактерий
15 повышается поступление в кишечник крахмала, гидролиз которого в кишечнике повышает поступление глюкозы в кровь.
Другой путь увеличения поступления глюкозы в кровь, о котором мы также упоминали - использование кормов с труднорасщепляемым в рубце крахмалом, гидролиз которого в кишечнике и увеличит поступление глюкозы в кровь.
Исходя из изложенного видения проблемы, намечены цели работы. Цели исследования:
Изучить возрастную динамику активности основных энергиюпо-ставляющих и регуляторных звеньев метаболизма: ферментов цикла трикар-боновых кислот и ключевого фермента глюконеогенеза из пировиноградной кислоты - пируваткарбоксилазы, их взаимосвязь с эндогенными и экзогенными половыми гормонами, уровнем, качеством, соотношением питательных и биологически активных веществ у интенсивно откармливаемых бычков и кастратов.
Выяснить влияние этой взаимосвязи на продуктивность, качество продукции и затраты питательных веществ корма на ее производство.
Руководствуясь полученными знаниями разработать биохимические подходы к созданию практических способов рационализации производства говядины и мяса птицы.
Научная новизна
Перечень приоритетных теоретических разработок:
1. Постулировано и на основании собственных исследований теоретически обосновано действие неизвестного ранее механизма инициации секреции инсулина у молодняка крупного рогатого скота.
2. Предложена концептуальная схема функционирования субклеточных органелл - пероксисом, описана потенциально возможная метаболическая последовательность реакций индукции и работы в них глиоксилатного цикла, рассмотрена роль пероксисом и глиоксилатного цикла в регуляции обмена веществ в организме откармливаемых бычков.
3. У интенсивно выращиваемых бычков одновременно в печени, стен
ке рубца и мышечной ткани изучена активность дегидрогеназ цикла Кребса
(изоцитрат-, альфа-кетоглутарат-, сукцинат- и малатдегидрогеназы), фермен
тов метаболизма пирувата (пируватдегидрогеназы, пируваткарбоксилазы и
специфической пируватдегидрогеназной фосфатазы), а также ферментов, ка
тализирующих анаплеротические реакции цикла Кребса и энергозависимого
транспорта (лактатдегидрогеназы, Ыа+-К+-зависимой АТФазы, Ca++-Mg++- за
висимой АТФ-азы и гамма-глутамилтранспептидазы). Описанный комплекс
ферментов классифицирован как включающий основные ключевые и регу-
ляторные элементы путей производства энергии и поставки пластического
материала для обеспечения метаболических процессов у бычков и кастратов.
Сказанное справедливо, как для традиционных условий выращивания и от
корма, так и для всех испытанных схем и уровней кормления, в том числе с
введением биологически активных веществ и половых стероидов андроген-
ного и эстрогенного характера действия. Это позволило дать в возрастном
аспекте объективную характеристику взаимосвязи изучаемых ферментов с
гормонами и их многофакторного влияния на продуктивность, качество про
дукции и степень трансформации в продукцию питательных веществ корма.
Возрастная динамика и абсолютные величины активности ферментов цикла Кребса и метаболизма пирувата в стенке рубца свидетельствуют о том, что стенка рубца представляет собой метаболически активную ткань в использовании продуктов рубцовой ферментации, начиная с первого месяца жизни телят. Высокая каталитическая активность ряда изученных ферментов, уже в этом возрастном периоде свидетельствует о ее влиянии на процессы, происходящие в других тканях, включая железы внутренней секреции. В свою очередь, формирующийся гормональный статус организма оказывает активное действие на ферментативные процессы в стенке рубца.
Рекомендован для использования в научных исследованиях коэффициент отношения пируватдегидрогеназы к пируваткарбоксилазе и описана регуляторная роль соотношения активности этих двух ферментов в перерас-
17 пределении метаболических потоков между гликолизом и глюконеогенезом, липолизом и липогенезом, протеосинтезом и деградацией белков.
Предложено в научно-исследовательской работе применять индекс отношения активности пируваткарбоксилазы до кормления к активности пируваткарбоксилазы через 3-4 часа после кормления, как информативный критерий качества рациона по параметру обеспечения биосинтетических реакций метаболически доступной энергией.
Аргументирована целесообразность использования в экспериментальной работе отношения активности в плазме крови пируваткарбоксилазы к лактатдегидрогеназе в качестве прижизненного биохимического теста направленности метаболизма пирувата на окисление в цикле Кребса или на глюконеогенез.
8. Разработан метод одновременного определения летучих жирных
кислот и молочной кислоты в силосах с помощью газо-жидкостной хромато
графии.
Практическое значение работы:
1. На основе фундаментальных знаний о функции ферментов и метаболитов цикла трикарбоновых кислот и данных, полученных на откармливаемых бычках и кастратах различного возраста, руководствуясь современными физиолого-биохимическими представлениями о причастности цикла Кребса к антиоксидантной и иммунной системам, предложена рецептура ряда кормовых добавок. Разработанные комплексные адаптогенные и стимулирующие продуктивность добавки содержат корма с трудногидролизуемыми в рубце протеином и крахмалом, для поступления большего количества в кровяное русло глюкозы и аминокислот, синтетические азотистые вещества, для стимуляции функциональной активности рубцовой микрофлоры и обмена веществ и предназначены молодняку крупного рогатого скота, а также карни-тин, органические кислоты (метаболиты цикла Кребса), минеральные вещества для бычков и птицы. Назначение добавок - повышение жиз-
18 неспособности, стрессустойчивости, продуктивности животных и птицы, улучшение качества и повышение степени конверсии питательных веществ корма в животноводческую и птицеводческую продукцию.
Повышение энергетической ценности рациона способствует более позднему включению глюконеогенеза, в частности из пирувата, что сберегает аминокислоты от использования в реакциях глюконеогенеза, повышает интенсивность роста и экономит протеин в рационах при выращивании бычков на мясо.
Для достижения высоких биологических и экономических показателей на всем технологическом цикле выращивания и откорма бычков следует поддерживать высокую интенсивность роста, не допуская снижения уровня кормления по отдельным этапам в надежде наступления в последующем, периода, так называемого, компенсаторного роста.
Ухудшение кормления животных в заключительном периоде откорма приводит к более резкому снижению интенсивности роста, чем в период доращивания и для частичной компенсации допущенных потерь потребуется более длительное время, без полного восполнения утраченного. Интенсивность наращивания мышечной массы восстанавливается медленней, чем прирост живой массы. Со снижением среднесуточных приростов живой массы интенсивно откармливаемых на мясо бычков молочных пород на каждые 10 %. приблизительно на эту же величину (10 %) повышаются и затраты питательных веществ корма на производство единицы говядины.
Использование кормов с пониженной гидролизуемостью в рубце протеина (до 65 - 50 %) и крахмала (до 85 - 75 %) повышает интенсивность роста, выход мякотной части туши, качество мяса и снижает затраты кормов на единицу производства продукции. Дополнение к труднорасщепляемым в рубце протеину и крахмалу веществ, стимулирующих ферментативные процессы в рубце, способствует большему поступлению в тонкий кишечник протеина, крахмала и микробиально-
19 го белка, что приводит к повышению интенсивности роста на 2 - 19 %, и дополнительному получению мякоти от каждого откормленного бычка на 3 - 14 кг. 6. Рецептура комплексных добавок апробирована на откармливаемых бычках в хозяйствах Калужской и Владимирской областей, на цыплятах-бройлерах и индюшатах - на птицефабриках Калужской, Тульской и Пензенской областей и послужила основой для разработки способов повышения жизнеспособности и продуктивности цыплят - бройлеров и индюшат, улучшения качества говядины и мяса птицы и снижения затрат кормов на ее производство. На основании этих работ получено 9 патентов на изобретения и 1 положительное решение ФИПС на выдачу патента. Положения, выносимые на защиту:
1. Теоретическая разработка механизма инициации синтеза и сек
реции инсулина у жвачных животных, аргументированная собственным
экспериментальным материалом. Защищаемые принципиальные момен
ты заключаются в следующем: 1) непосредственно после кормления
идет первичная индукция секреции инсулина активированными форма
ми короткоцепных жирных кислот (Сз - Cg) и/или глюкозой, но синтези
рованными не в печени, как это сейчас общепризнано, а непосредствен
но в стенке рубца; 2) эти метаболиты действуют на клетки, идентичные
{3-клеткам островков Лангерганса поджелудочной железы, дислоциро
ванные в слизистой рубца; 3) в более отдаленном отрезке времени, по
сле кормления, синтез и секреция инсулина бета-клетками поджелудоч
ной железы начинает активизироваться глюкозой и/или короткоцепными
жирнокислотными производными коэнзима А, но уже печеночного про
исхождения.
2. Концептуальная схема функционирования субклеточных орга-
нелл - пероксисом. Потенциально возможная метаболическая последо
вательность реакций инициации и функционирования в пероксисомах
20
глиоксилатного цикла. Положения о роли пероксисом и глиоксилатного
цикла в регуляции обмена веществ в организме жвачных животных.
Биохимическая суть защищаемых положений состоит в следующем: 1)
в пероксисомах активно протекают процессы бета-окисления жирных
кислот, пик активности которых, мы связываем с периодом наибольшего
напряжения обмена веществ и снижения митохондриального бета-
окисления липидов; 2) глиоксилатный цикл, функционирующий в пе
роксисомах, не только симбионтной рубцовой микрофлоры, но и в орга
нах и тканях жвачных животных, вовлекает в метаболизм и синтез глю
козы, как продукт рубцовой ферментации лактат (через пируват и аце-
тил-КоА), так и ацетат рубцового происхождения и синтезируемый в ре
акциях бета-окисления липидов; 3) одним из ключевых метаболитов
пероксисомальных реакций рассматривается цистеамин, обладающий
антиоксидантными свойствами, считающийся эталонным радиопротек
тором и являющийся отрицательным внутриклеточным месенджером
инсулина; 4) двууглеродные фрагменты пероксисомальных реакций
(гликолат и глиоксилат) являются ингибиторами серии реакций в клетке,
в том числе и цитратного цикла, терминального окисления, пируватде-
гидрогеназы и пируваткарбоксилазы и усиливают поток метаболитов по
пероксисомальным реакциям; 5) образующаяся в больших количествах
в пероксисомах перекись водорода, обладая инсулиноподобным дейст
вием, оказывает влияние на ряд процессов в организме, в том числе и на
утилизацию глюкозы и синтез мышечных белков.
3. В печени, стенке рубца и мышечной ткани дегидрогеназы цикла
Кребса, ферменты катализирующие метаболизм пирувата, а также ана-плеротические и катаплеротические реакции цикла и энергозависимого транспорта классифицированы как комплекс, включающий основные ключевые и регуляторные элементы путей производства энергии и поставки пластического материала для обеспечения метаболических процессов у бычков и кастратов, в том числе и при разных испытанных схе-
21 мах и уровнях кормления, при введении различных биологически активных веществ и половых стероидов андрогенного и эстрогенного характера действия. Описана специфика возрастного аспекта взаимосвязи изучаемых ферментов с гормонами и выявлено их многофакторное влияние на продуктивность, качество продукции и степень трансформации в продукцию питательных веществ корма.
4. Стенка рубца, как и печень, представляет собой метаболически
активные ткани в использовании продуктов рубцовой ферментации, на
чиная с первого месяца жизни телят. Вследствие высоких абсолютных
величин активности ряда изученных ферментов, уже в этом возрастном
периоде они начинают влиять на процессы в других тканях, включая же
лезы внутренней секреции. В свою очередь, формирующийся гормо
нальный статус организма начинает оказывать активное действие на
ферментативные процессы в стенке рубца. В мышечной ткани, напротив,
с возрастом интенсивность обмена веществ снижается, обусловливаемая
и сопровождаемая снижением активности ферментов цикла трикарбо-
новых кислот.
Коэффициент отношения активности пируватдегидрогеназы к активности пируваткарбоксилазы играет регуляторную роль и служит индикатором перераспределения метаболических потоков между гликолизом и глюконеогенезом, липолизом и липогенезом, протеосинтезом и деградацией белков.
Индекс отношения активности пируваткарбоксилазы в плазме крови до приема корма к ее активности через 3-4 часа после него является критерием качества рациона по параметру обеспечения энергией (чем позже после приема корма повышается активность пируваткарбоксилазы, тем позже запускается процесс глюконеогенеза, следовательно, тем выше обеспечение биосинтетических реакций метаболически доступной энергией).
Аргументирована целесообразность использования в экспериментальной работе отношения активности в плазме крови пируваткар-боксилазы к лактатдегидрогеназе в качестве прижизненного биохимического теста направленности метаболизма пирувата на окисление в цикле Кребса или на глюконеогенез.
Все физиологические половозрастные перестройки организма молодняка крупного рогатого скота, интенсивно выращиваемого на мясо, все стрессовые состояния (переформирование групп, смена условий кормления и содержания, половое возбуждение и т.д.) влияют на продуктивность животных. Смягчение стрессов и нейтрализация постстрессовых состояний взаимосвязаны с изменением активности дегидрогеназ цикла Кребса, ферментов метаболизма пирувата, введением экзогенных и концентрацией эндогенных половых гормонов.
Введение в рацион бычков агониста бета-адренергических рецепторов кленбутерола способствует достижению высоких привесов и наращиванию мышечной массы и обеспечивает возможность перехода обмена веществ на качественно новый уровень, позволяющий достигать высокую продуктивность при более низких концентрациях гормонов, участвующих в синтезе мышечного белка, и при меньших затратах энергетических и пластических веществ.
Применение транквилизаторов (трифтазин и феназепам) предотвращает развитие стрессовых реакций и смягчает их пагубные последствия, меняет активность ферментов цикла Кребса и ферментов, связанных с метаболизмом пировиноградной кислоты, и благоприятно влияет на интенсивность роста бычков.
Более высокую интенсивность роста и наращивание мышечной массы у молодняка крупного рогатого скота молочных пород (черно-пестрой и холмогорской) можно достигнуть поступлением большего количества из желудочно-кишечного тракта в кровяное русло глюкозы и аминокислот путем подбора кормов с пониженной скоростью дегради-
23 руемости в рубце крахмала и протеина, введением в рацион пробиотика стрептофагина, пропиленгликоля, комплекса биологически активных веществ, включающего промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот и добавки, стимулирующие активность рубцовой микрофлоры.
Ферменты окисления и карбоксилирования пировиноградной кислоты и регуляция их активности
Пировиноградная кислота занимает одну из центральных позиций в метаболизме. Особую значимость представляет ее окислительное декарбок-силирование пируватдегидрогеназой (пируватдегидрогеназным комплексом, пируват: липоат - оксалоредуктаза (К.Ф. 1.2.4.1.) до Ацетил-КоА и карбокси-лирование, катализируемое пируваткарбоксилазой (пируват: СОг лигаза (К.Ф. 6.4.1.1.) до щавелевоуксусной кислоты (ЩУК, ОА). Окисление Ацетил-КоА через цикл трикарбоновых кислот требует участия оксалоацетата и ведет к генерации АТФ. Превращение пирувата в оксалоацетат является главнейшим этапом для последующего синтеза компонентов цикла трикарбоновых кислот. От этого участка в печени и почках начинается процесс глюконеогене-за.
Реакция окисления пирувата до Ацетил-КоА, и СОг осуществляется в четыре этапа. I этап - образуется оксиэтильное производное, связанное с пируватдегидрогеназой. II этап - оксиэтильная группа 2а-оксиэтилтиазолового производного кофермента с пируватдегидрогеназы переносится на атом серы дисульфидной группы липоевой кислоты, ковалентно связанной с дигидро-липоилтрансацетилазой. При переносе оксиэтильной группы от тиаминпиро-фосфата на липоевую кислоту образуется ацетильная группа и атом водорода присоединяется к липоевой кислоте. III этап - ацетильная группа от липоевой кислоты дигидролипоилтрансацетилазы передается на тиоловую группу КоА и образовавшийся Ацетил-КоА отделяется от ферментного комплекса. IV этап - происходит реокисление дигидролипоилдегидрогеназой свободной дитиоловой формы дигидролипоилтрансацетилазы до ее дисульфидной формы. Дигидролипоилдегидрогеназа содержит прочно связанный флавинаде-нин динуклеотид, действующий как акцептор водорода, который восстанавливает НАД. В результате серии реакций из пировиноградной кислоты образуется ацетилированное производное КоА и НАДН2 (Linn Т.С. et al. 1969, Reed L.J., 1969, Utter M.F., Scrutton M.C., 1969, Малер Г., Кордес Ю., 1970, Ленинджер А., 1974).
Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты осуществляется с помощью сложного полиферментного комплекса, состоящего из трех функционально различных субъединиц ( пируватдегидрогеназы; де-гидролипоилтрансацетилазы; и дигидролипоилдегидрогеназы). Изучая влияние дигидролипоиламиддегидрогеназы (субкомплекса Е 3) на аффинность и ферментные свойства комплекса в целом, доказали роль избирательного протеолиза субъединицы протеина X для проявления оптимальной активности пируватдегидрогеназного комплекса из сердца быка (Neagle J.C. et al.,1991). Проводя исследования пируватдегидрогеназного комплекса с помощью криоэлектронной микроскопии Wagenknecht Т. et al.,1991, обнаружили 6 копий протеина присутствующих в комплексе. Причем, все они не располагаются кластерами в одном или двух регионах комплекса, подтверждая несимметричный характер их распространения.
Предметом детального исследования Loffelhardt S. et al.,1995 явилась специфика взаимодействия энантиомеров и гомологов альфа-липоевой кислоты с различными субкомпонентами пируватдегидрогеназного комплекса.
Кроме того, в его состав входят 5 коферментов (НАД, ФАД, Ко-А, ли-поамид (липоиллизин) и тиаминпирофосфат). Это каталитическая часть фер-ментов; участвующих в фосфорилировании (ингибировании), катализируемом АТФ-зависимой киназой и дефосфорилировании (активировании) фермента под воздействием специфической пируватдегидрогеназной фосфатазы.
Данный механизм регуляции ферментативной активности с помощью фос-форилирования и дефосфорилирования был открыт еще в конце шестидесятых годов прошлого столетия. Идентифицированные специфические фосфо-киназы и фосфатазы также являются субъединицами пируватдегидрогеназно-го комплекса, причем, его регуляторными субъединицами (Linn T.C.et al., 1969, Linn T.C. et al., 1969, Krebs E.G., 1972, Berger R., Homes F.A. et al., 1973,. Maj M.C., 2004, Liu X, Bisswanger H., 2005). Поэтому пируватдегид-рогеназа, ранее трактовавшаяся, как четырехкомпонентный ферментный комплекс, фактически состоит из пяти субъединиц. Изучение, уточнение, подтверждение структуры пируватдегидрогеназы продолжается и поныне (Zhou Z.H. et al., 2004). Факт состава пируватдегидрогеназы из пяти субъединиц в настоящее время подтвержден и другими исследователями (Turkan А., 2002, 2004). Подчеркивается важность липоильного домена в активации 1-изоформы пируватдегидрогеназной фосфатазы и расшифрована структура регуляторной субъединицы пируватдегидрогеназного комплекса - изоформы 1 пируватдегидрогеназной фосфатазы. Сам регуляторный фермент состоит из двух субъединиц (регуляторной и каталитической). Активность этого диме-ра зависит от концентрации кальция и определяется связыванием с соответствующим доменом дигидролипоилацетилтрансферазы. Описаны механизмы, лежащие в основе фосфорилирования субъединиц Е1 и Е2 пируватдегидрогеназного комплекса. Измерена кинетика происходящих реакций, обсуждается их значимость для быстрой физиологической ответной реакции комплекса на происходящие в клетке изменения (Liu S. et al.,2001).
Альфа-кетоглутаратдегидрогеназа и регуляция ее активности
Мы рассмотрели два фермента (пируватдегидрогеназу и изоцитратде-гидрогеназу), которые обусловливают направленность метаболизма пирувата и цитрата. Следующая реакция цикла а-кетоглутаратдегидрогеназная (КГДГ). Фермент катализирующий эту реакцию, как и все рассмотренные предыдущие, находится на перекрестке метаболических путей, где встречаются: окисление а-кетоглутарата, переаминирование или окислительное аминирование его, карбоксилирование а-глутарата НАДФ-специфической изоцитратдегидрогеназой до цитрата (Amedeo F.D., Adamo J., David E. Haft, 1965). Этот фермент также относят к регуляторным ферментам комплекса. Он тесно связан с поставкой восстановленных форм пиридиннуклеотида в цепь переноса электронов.
Польские исследователи Markiewicz J. et al.(1995) опубликовали итоги работ по изучению регуляторных свойств а-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса в сердце европейского бизона. Ученые из Московского университета Bunik V.I., et al. (1997) обнаружили, что активность а-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса снижается в процессе осуществления своей ферментативной реакции. Авторы приводят доказательства, что это снижение обусловлено инактивацией первого компонента комплекса, а именно а-кетоглутаратдегидрогеназы. Причем, субстрат фермента в процессе катализа своей карбоксильной группой связывается с остатками аргинина в молекуле этой субъединицы комплекса. MacDonald M.J. et al. (2004) выяснили, что коэнзим Q(0), являясь строго электрофильным соединением, проявляет высокую токсичность в клетках, продуцирующих инсулин. Эти же авторы еще в 1998 году описали сходный (ингибирующий) эффект действия Q(0) на проницаемость митохондриальных пор. Возможно, поэтому (наряду с другими свойствами) аргинин активирует секрецию инсулина, а мочевина и ионы аммония ингибируют. К этому можно добавить, что Na+ К+- АТФ-аза наряду с калием переносит в клетку глюкозу и амнокислоты. Однако наряду с калием этот фермент может транспортировать ионы аммония, но в этом случае глюкоза в клетку не транспортируется. Возможно, в этом случае глюкоза накапливается вне клеточном пространстве, крови и пороговый высокий уровень глюкозы тормозит синтез инсулина. Мы полагаем, что это интересное явление может лежать в основе одного из механизмов ингибирования секреции инсулина солями аммония и аммиаком. Однако, вопрос нуждается в дополнительной разработке. Последовательность аминокислот в Q(0) идентифицирована и он отнесен к ферменту дигидролипоиламидсукцинилтрансфе-разе, т.е. к Е 2 компоненту альфа-кетоглутарат дегидрогеназного комплекса.
Эти же авторы еще в 1998 году описали сходный (ингибирующий) эффект действия Q(0) на проницаемость митохондриальных пор. Bunik V.I. et al. (2005) рассматривают альфа-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс как контрольную точку цикла трикарбоновых кислот, которая частично инакти-вируется в мозгу при многих нейродегенеративных заболеваниях. Ранее было показано, что сукцинил фосфонат ингибирует а-КГДГ комплекс и это вещество и его эфиры сейчас пристально изучаются для выяснения механизма множественных патологий центральной нервной системы.
Lyubarev А.Е. et al.fl989) предложили признать наличие специфической пространственной структуры для ферментных комплексов цикла Кребса «метаболой цикла трикарбоновых кислот». Ключевая роль в образовании и поддержании метаболона отведена альфа-кетоглутаратдегидрогеназному комплексу. В реакциях взаимодействия с мембраной этот комплекс имеет два сайта ассоциации, располагающихся на противоположных концах комплекса. Это также может служить подтверждением особой роли комплекса в поддержании работы цикла.
Альфа-кетоглутаратдегидрогеназа наряду с пируватдегидрогеназой, пожалуй, изучались наиболее полно (Lyubarev А.Е. et al.,1989, Luder A.S. et al.,1990, Maas E. et al. 1990, Neagle J.C. et al.,1991, Wagenknecht T. et al.,1991, Markiewicz J. et al.,1995, Loffelhardt S. et al., 1995, Sanderson S.J. et al.,1996, Bunik V.I., et al.,1997, Liu S. et al.,2001, Denton T.T. et al., 2001, MacDonald M.J. et al., 2004, Sauer S..W., et al., 2005, Bunik V.I.et al.,2005.) Структурная организация а-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса, состав и функционирование входящих в него мономеров практически дублируются по образу и подобию пируватдегидрогеназного комплекса. Альфа-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс состоит из трех ферментов: а-кетоглутаратдегидрогеназы, дигидролипоилтранссукцинилазы и дигидроли-поилдегидрогеназы (Mukherjee В.В. et al., 1965, Reed L.J., Сох D.J., 1966, Глемжа А.А. и др., 1966, Pettit Flora Н. Et al., 1973, Страйер Л., 1985). Maas Е. et al. (1990) продемонстрировали, что и пируват- , и а-кетоглутарат-дегидрогеназные мультиэнзимные комплексы ассоциированы с внутренней мембраной митохондрий, а не с их матриксом. Обстоятельно и тонко изучен механизм реконструкции обоих ферментов. Обсуждается роль в процессах реконституции взамодействия гомологичных и гетерологичных дигидроли-поиламиддегидрогеназ (Sanderson S.J. et al.,1996).
Вот почему способ регуляции активности ферментных комплексов путем реакий фосфорилирования и дефосфорилирования, обеспечиваемый соответствующими киназами и фосфатазами и открытый впервые для регуляции активности путем гликогенфосфорилирования комплекса, мы склонны были рассматривать как некий универсальный регуляторный механизм клетки для всех полиферментных комплексов (Галочкина В.П., 1975). Однако на тот период подобный механизм регуляции для а -кетоглутаратдегидрогеназы не подтвердился (Linn Т.С. et al., 1969). В настоящее время этот механизм действительно считается универсальным механизмом регуляции процессов в клетке. Тем не менее, подтверждений существования регуляторного механизма с помощью реакций фосфорилирования и дефосфорилирования а-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса нами не встречено.
Взаимосвязь половых гормонов эндогенного и экзогенного происхождения с продуктивностью бычков, активностью дегидрогеназ цикла Кребса и ферментов метаболизма пирувата
Выращивание бычков на мясо при любых технологических схемах связано с проблемой формирования половой функции и становления ранговых взаимоотношений между животными. Наиболее четко это влияние проявляется при беспривязном выращивании и откорме молодняка крупного рогатого скота в крупных промышленных комплексах. Актуальна эта проблема и при других технологических схемах интенсивного выращивания и откорма (групповом, пастбищном и даже привязном). Животные, достигшие половозрелого возраста, постоянно проявляют половую активность, беспокойство, возбужденность и агрессивность, усиливающиеся с возрастом, что приводит к всевозможным стрессовым состояниям. Половая активность и агрессивность некастрированных животных, максимально проявляются на 6 - 10 месяцах технологического цикла откорма. Это затрудняет работу обслуживающего персонала, часто приводит к травматизму и несвоевременному снятию животных с откорма, а также к бесполезной трате значительных количеств биологической энергии. В итоге имеем недополучение продукции, повышение затрат корма, труда и финансовых средств на ее производство ( Панько И.С. 1982.). Кастрация бычков снимает часть проблем. Изменяется гормональный статус, угнетаются половые рефлексы, существенно снижается агрессивность и упрощается уход за ними, но при этом возникают новые проблемы. Кастрация сдерживает интенсивность роста, снижается выход мякоти, увеличивается отложение внутреннего жира (Хефтман Э, 1972, Панько И.С. 1982., Журбенко A.M., 1983.). У некастрированных бычков энергия накопленная в белках составляет 40 - 54 % по сравнению с 10 - 30 % у кастрированных бычков (Blakter K.L. et al., 1966, цитировано no Geal M.J., Jornet M.M., 1976).
Коррекция роста бычков и кастратов с использованием половых стероидов особенно интенсивно исследовалась в шестидесятых-семидесятых годах прошлого столетия, а в ряде стран (США, Англия, Канада, Австралия, Новая Зеландия и др.) в течение более 40-ка лет применяли при откорме скота синтетические эстрогены диэтилстилбестрол (ДЭС) и гексестрол (Шамбе-рев Ю.Н., 1974, Фомичев Ю.П. 1984.). Вопреки широко распространенному мнению о полном запрете в мире использования при производстве мяса половых стероидов, этот вопрос продолжает активно изучаться и в настоящее время. Исследуются различные препараты эстрогенного и андрогенного характера действия, их влияние на интенсивность роста, на качественные характеристики мяса, оплату корма. Совершенствуются, различные схемы, дозы введения и комбинации препаратов (A Hutcheson J.P. et al, 1997, Henricks D.M. et al, 2001, Reiling B.A., Johnson D.D., 2003, Kamanga-Sollo E. Pampusch M.S., 2004, Clansen 0., 2006,).
Мы уже говорили в обзоре литературы, что по заданию Национальной аудиторской комиссии США по качеству мяса, U.S. Food & Drug Administration (аналог Российской Ветбиокомиссии, (ветфармсовета) в 2001 году были заказаны различным научно-исследовательским центрам специальные обширные исследования для определения концентрации андрогенов и эстрогенов природного происхождения и синтетических препаратов в съедобных частях туш откормленных бычков, телок и кастратов. Ученые пришли к заключению, что в тканях имплантированных бычков к концу откорма (не менее, чем через 1 месяц после имплантации) концентрация разных изомеров эстрадиола была приблизительно такая же, как и физиологически нормальная эндогенная концентрация эстрадиолов. На основе самых обстоятельных и точных исследований, экспериментаторы пришли к совершенно логичным и аргументированным выводам о том, что анаболические имплантанты повышают концентрацию стероидов в тканях откармливаемого на мясо крупного рогатого скота в пределах(вполне укладывающихся в нормативы U.S. Food & Drug Administration. Вместе с тем, общепризнано, что эта организация является самой строгой в мире, контролирующей использование препаратов в животноводстве и качество животноводческой продукции.
По ранним данным советских исследователей, в мышцах, печени и почках имплантированных телок, концентрация бета-изомеров тренболона также колебалась в пределах нижнего порога их физиологической концентрации (Падучева А. Л., 1974).
В настоящее время наиболее пристальное внимание в исследовании механизма действия половых стероидов уделяется проблеме экспрессии информационных РНК, кодирующих биосинтез ключевых и регуляторных ферментов метаболизма и, конечно же, причастных к интенсивности функ 175 ционирования белоксинтезирующей системы (Kamanga-Sollo Е., Pampusch M.S., 2004).
Синтез всех стероидов в организме, в том числе и половых гормонов, зависит от величины синтеза ацетил-Ко А. Эта ацетилированная форма коэн-зима А, как известно, представляет собой конечный продукт окисления жирных кислот, некоторых аминокислот и аэробного окисления пировиноград-ной кислоты. Его единственное предназначение в цикле Кребса - использование для выработки энергии. Но и простая форма Ко А, и ацетилированная. имеют непосредственную причастность к регуляции активности пируватде-гидрогеназы (Cordoba М., 2005). Для поддержания требуемой организму интенсивности синтеза стероидов необходима также и восстановленная форма НАДФ. У жвачных животных активность НАДФ-зависимой малатдегдроге-назы имеет следовые величины, поэтому данный фосфорилированный нук-леотид проходит этапы своего восстановления практически только в реакции, катализируемой НАДФ-зависимой изоцитратдегидрогеназой (Путилина Ф.Е., 1969, Галочкина В.П., 1974) и в пентозофосфатном цикле окисления глюкозы. Отсюда понятно, что соотношение в отдельных субклеточных единицах восстановленных и окисленных форм фосфорилированных и нефос-форилированных адениловых нуклеотидов (НАД и НАДН, НАДФ и НАДФН) также по праву признается одним из ведущих механизмов регуляции активности НАД- и НАДФ-зависимых дегидрогеназ цикла трикарбоно-вых кислот (Галочкина В.П., 1974).
Влияние различных уровней кормления на активность фер ментов цикла Кребса и метаболизм пирувата в тканях и плазме крови и интенсивность роста
В шестидесятых - семидесятых годах прошлого столетия в Советском Союзе было построено несколько крупных специализированных промышленных комплексов по выращиванию и откорму молодняка крупного рогатого скота. Основную массу телят, выращиваемых в комплексах, составляли бычки из хозяйств от коров молочного направления продуктивности. Телята поступали на комплекс в месячном возрасте. В настоящее время часть комплексов продолжает функционировать, планируется восстановление старых и строительство новых. Работы, проводимые в данном направлении, мы считаем актуальными.
Нами, (лабораторией нейроэндокринной регуляции ВНИИФБиП с.-х. животных) совместно с отделом технологии производства говядины ВНИИ животноводства; были проведены работы в условиях промышленного комплекса «Вороново» Московской области. В экспериментах изучено влияние различных факторов на обменные процессы в организме бычков черно-пестрой породы, их интенсивность роста, качество получаемой продукции и затраты кормов на ее производство.
В связи с многофункциональной ролью дегидрогеназ цикла Кребса и весьма значимой ролью глюконеогенеза у жвачных животных, одной из задач в серии проведенных опытов явилось изучение влияния уровня кормления на активность данной группы ферментов.
В связи с тем, что комбикорма для выращивания телят 1-ой и 2-ой фаз дорогостоящие, было принято решение проследить влияние скармливания комбикормов и сена люцернового при свободном доступе и при скармливании в соответствии с кормлением, предусмотренным технологией выращивания. Из зоотехнических показателей изучались интенсивность роста бычков и затраты корма на килограмм прироста живой массы. По принципу аналогов были сформированы две группы бычков, выращиваемых при различных уровнях кормления до 4,5-месячного возраста. Контрольная группа (1) - животные, имевшие свободный доступ к кормам (комбикорму и сену). Опытная группа (2) - в первые две фазы выращивания получала комбикорм и сено согласно нормам, предусмотренным технологией выращивания телят в промышленных комплексах (Наставление, 1971). Заменителя цельного молока (ЗЦМ) животные обеих групп получали по 28 кг.
Для биохимических исследований проводили убой животных в возрасте 1; 4,5 и 9 месяцев. В печени, длиннейшей мышце спины и стенке рубца определяли активность: пируват дегидрогеназы (ПДГ), изоцитрат дегидро-геназы (ИДГ), альфа-кетоглутарат дегидрогеназы (КГДГ), сукцинат дегидрогеназы (СДГ), Малат дегидрогеназы (МДГ), пируватдегидрогеназной фос-фатазы, пируват карбоксилазы (ПК) и концентрацию белка.
Животные, имевшие свободный доступ к кормам, по показателям интенсивности роста и оплаты корма превосходили животных, находившихся на нормированном кормлени и (табл. 15).
В таблице 16 приведено потребление корма бычками обеих групп относительно их количества, предусмотреннего технологией выращивания телят в аналогичных комплексах (Наставление, 1971).
По данным Островского и Храпковского (1973) в опыте бычки, имевшие свободный доступ к комбикорму и сену, потребили больше за первую фазу выращивания на 35,7 кг комбикорма и на 16,1 кг - сена, за вторую фазу на 77,8 кг больше комбикорма и на 0,6 сена. Всего за первый период выращивания телята контрольной (1) группы со свободным доступом к кормам потребили больше на 113,5 кг комбикорма и 16,7 кг сена.
Большее потребление в раннем возрасте концентрированных и грубых кормов бычками 1-ой группы способствовало более раннему морфологическому и функциональному развитию преджелудков, что подтвердилось соответствующими изменениями активности изучаемых ферментов (табл. 17). и определило более высокую интенсивность роста бычков, выращиваемых при свободном доступе к комбикорму и сену.
При анализе представленного материала обращает также на себя внимание факт наибольшего реагирования печени на кормовые изменения. Ферментативная активность в ней наиболее высокая. Наибольшей была и разница в активности между контрольной и опытной группами. Примеча тельно, и даже несколько неожиданно высокими, оказались изменения в стенке рубца. Как и следовало ожидать, наименьшие изменения, активности ферментов отмечены нами в длиннейшей мышце спины.
В отличие от моногастричных у жвачных животных активность ферментов связана не только с изменением интенсивности роста, но со становлением пищеварения в преджелудках.
В 4,5-месячном возрасте уже при достаточно активном функционировании рубца происходит значительное изменение активности ферментов в печени и стенке рубца. С меньшим потреблением концентрированных кормов и сена бычками опытной группы (группа 2) связано и менее интенсивное развитие рубца и, соответственно этому, изменяется активность изучаемых ферментов в стенке рубца.
Относительно пониженный приток летучих жирных кислот из содержимого рубца приводит к использованию в процессах, связанных с потреблением активированной уксусной кислоты, ацетил-КоА, в печени в основном митохондриального происхождения. Он переходит в цитоплазму в виде лимонной кислоты, что приводит к снижению активности изоцитратдегидроге-назы, ингибированию цитратом фосфофруктокиназы (Atkinson D. Е., 1966). С другой стороны, цитрат является эффективным активатором ацетил-КоА-карбоксилазы — первого фермента синтеза жирных кислот (Weite М., Paul G. W. Е., 1963). Поддержание синтеза триглицеридов на необходимом уровне требует притока углеводов в виде триозофосфатов (Bartos S., 1972, Hood R. L. et. Al., 1972), которые у жвачных животных образуются, в основном, в результате пируваткарбоксилазной и фосфоенолпируваткарбоксикиназной реакций.
